【摘要】：我國玉米秸稈年產(chǎn)量約2.65億噸,但在秸稈直接利用過程中,其松散的自然形態(tài)使得運(yùn)輸與貯藏成本過高,不利于資源的流通與商品化利用。將秸稈資源進(jìn)行致密成型加工是解決這一瓶頸的有效手段,與之相關(guān)的致密成型技術(shù)優(yōu)化研究對于推進(jìn)秸稈資源的開發(fā)利用具有重要意義。本文以玉米秸稈粉料為研究對象,探索成型工藝與物料特性參數(shù)對致密成型顆粒品質(zhì)特性的影響,并對成型過程中物料的力學(xué)行為進(jìn)行試驗(yàn)與模擬研究,取得的主要成果有：(1)采用中心復(fù)合設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案,以喂料電機(jī)轉(zhuǎn)速、環(huán)模與壓輥間隙調(diào)整角度和物料含水率為試驗(yàn)因素,以成型顆粒燃料的顆粒密度、堆積密度、顆粒含水率、單位質(zhì)量能耗及壓縮力為試驗(yàn)指標(biāo),應(yīng)用典型致密成型設(shè)備對粉碎玉米秸稈粉料進(jìn)行壓縮成型試驗(yàn)。對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析后顯示,3個(gè)試驗(yàn)因素對堆積密度及單位質(zhì)量能耗影響均顯著,而對顆粒含水率和壓縮力模型的影響均不顯著,環(huán)模與壓輥間隙調(diào)整角度和物料含水率對顆粒密度回歸模型影響顯著。對各試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化后顯示,在顆粒密度、堆積密度與單位質(zhì)量能耗指標(biāo)權(quán)重系數(shù)分別為2、2、1,喂料電機(jī)轉(zhuǎn)速為450r/min、模輥間隙角度為11.25。、秸稈粉料含水率為22.5%時(shí),基于各回歸模型的多目標(biāo)優(yōu)化值分別為：顆粒密度為0.8110g/cm3,堆積密度為425.505kg/m3,單位質(zhì)量能耗為78.32(kW·h)/t,驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果與優(yōu)化值相對誤差小于3%。(2)通過單�？壮尚驮囼�(yàn),研究了成型工藝參數(shù)對玉米秸稈顆粒密度、顆粒含水率及單位質(zhì)量能耗試驗(yàn)指標(biāo)的影響。首先基于Plackett-Burman析因試驗(yàn)設(shè)計(jì)篩選出對試驗(yàn)指標(biāo)有重要影響的6個(gè)試驗(yàn)因素：溫度、喂入量、孔徑、壓縮速度、含水率、預(yù)載荷；在此基礎(chǔ)上,結(jié)合單因素試驗(yàn),應(yīng)用均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)方法對所選6個(gè)試驗(yàn)因素進(jìn)行了多因素、多水平試驗(yàn)。通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,發(fā)現(xiàn)除預(yù)載荷試驗(yàn)因素外,其余因素對顆粒密度回歸模型有顯著影響；而全部試驗(yàn)因素均對顆粒含水率回歸模型有顯著影響；對于單位質(zhì)量能耗回歸模型,孔徑與溫度兩個(gè)試驗(yàn)因素有顯著影響。當(dāng)設(shè)置顆粒密度、含水率和單位質(zhì)量能耗模型試驗(yàn)指標(biāo)權(quán)重相同時(shí),�？字睆綖�8mm,型腔成型溫度為93.81℃,壓桿壓縮速度為100mm/min,每行程喂入量為0.4g,預(yù)載荷為1kPa,含水率為20%時(shí),得到多目標(biāo)優(yōu)化后的顆粒密度為1.719g/cm3,顆粒含水率為11.09%,單位質(zhì)量能耗為1.3797J/g(38.33(kW·h)/t),驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果與優(yōu)化值相對誤差分別為10.5%,1.26%和17.4%。(3)基于單�？壮尚驮囼�(yàn),對玉米秸稈粉料致密成型過程中的力學(xué)行為進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)廣義麥克斯韋爾模型適于描述物料的流變本構(gòu)特性。在閉式壓縮模式下,每行程最大壓縮力與壓縮時(shí)間呈指數(shù)形式增長。(4)基于軟球模型接觸理論,建立了物料成型過程離散元仿真模型,利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法,將離散元模擬的壓縮力等參數(shù)作為網(wǎng)絡(luò)輸入,能夠反求出離散元模擬顆粒的接觸法向剛度、切向剛度與顆粒間摩擦系數(shù)。結(jié)合兩種計(jì)算技術(shù),對實(shí)際應(yīng)力松弛試驗(yàn)進(jìn)行了模擬,模擬結(jié)果與實(shí)測結(jié)果一致性較好。本研究可為生物質(zhì)類物料壓縮成型機(jī)具設(shè)計(jì)與成型工藝優(yōu)化提供理論依據(jù)和實(shí)際指導(dǎo),離散元模擬方法與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合,為生物質(zhì)物料成型提供了新的技術(shù)手段與分析方法。
【學(xué)位授予單位】：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：S216.2

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本文編號：2772461