【摘要】：沙柳作為我國西北部沙漠地區(qū)的能源植物,其細(xì)小枝條等是發(fā)展生物質(zhì)成型燃料可依賴的重要原料資源,由于沙柳細(xì)枝具有貯存不便、運(yùn)輸成本高等缺點(diǎn),該類資源大部分被直接燃燒或者浪費(fèi)掉,因此,對沙柳細(xì)枝進(jìn)行致密加工處理是目前首要工作。本文分析了沙柳顆粒致密成型過程中壓力的傳遞機(jī)理和規(guī)律,詳細(xì)研究了力鏈的演變機(jī)制,旨在進(jìn)一步分析散粒體壓縮過程中外載荷的傳遞路徑,加深對沙柳顆粒致密成型過程的認(rèn)識,為生物質(zhì)的推廣提供理論依據(jù)。本文主要針對沙柳顆粒單�？讍蜗蚴軌籂顟B(tài)下的微觀力學(xué)行為和成型機(jī)理進(jìn)行分析。采用適用于散體物料數(shù)值模擬的離散單元法來模擬沙柳顆粒致密成型過程,并在電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行物料含水率、壓縮速度和模具直徑的成型試驗(yàn),分析單因素對比能耗和成型密度的影響。將模擬結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對和假設(shè)檢驗(yàn),驗(yàn)證本文所建立的離散元模型的有效性。根據(jù)壓縮力變化趨勢,將整個致密過程分為松散階段、壓緊階段和保型階段3個過程,分析每個階段各類型接觸力的分布規(guī)律。通過各測量塊內(nèi)接觸力數(shù)值大小,得到軸向和周向方向的力鏈演變過程。通過力鏈分布狀態(tài)闡述試驗(yàn)樣品宏觀形貌特征。根據(jù)單個顆粒的運(yùn)動軌跡,得出不同粒徑顆粒的運(yùn)動特性。通過改變不同成型過程影響參數(shù),對比不同參數(shù)條件下的孔隙率和力鏈數(shù)目變化情況,得出不同因素條件對成型品質(zhì)及能耗的影響。結(jié)果表明:柱塞底部與顆粒間的接觸力隨壓入深度呈波動增長趨勢,每個階段各類型接觸力分布規(guī)律未發(fā)生明顯變化,呈現(xiàn)逐漸降低而后趨于穩(wěn)定的近似規(guī)律。軸向方向強(qiáng)力鏈經(jīng)歷從上至下傳遞,經(jīng)反射后均布,之后再從兩端向中心傳遞并最終均勻分布的過程,周向方向強(qiáng)力鏈由開始時的均布演變?yōu)閺倪吘壪蛑行呢灤?到最后又演變?yōu)榫鶆蚍植�。密集排布的顆粒體系被擠壓時強(qiáng)力鏈主要分布在成型腔的外部,說明了顆粒與模具的摩擦比顆粒間的摩擦大,驗(yàn)證了宏觀樣品的軸向凹凸不平和周向分層現(xiàn)象,試驗(yàn)樣品由中心向外硬度值從93.4 HBW增大到148.1 HBW,從側(cè)面映證了力鏈演變效應(yīng)。壓縮過程中,大粒徑顆粒的運(yùn)動軌跡呈準(zhǔn)直線狀,而小粒徑顆粒的運(yùn)動軌跡先是呈準(zhǔn)直線狀而后發(fā)生旋轉(zhuǎn)。小粒徑的類球狀顆粒的成型效果較好,但能耗增加。采用離散元方法對沙柳顆粒致密成型過程進(jìn)行模擬研究是一種行之有效的方法,同時為生物質(zhì)的研究發(fā)展提供了理論依據(jù)。
【圖文】：

內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文景是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基石，是人類社會生存的基礎(chǔ)，同時也是世界資[1]。煤、石油和天然氣是現(xiàn)階段的主要能源。由 BP 能源統(tǒng)計(jì) 2017 年總能源消耗的 30.6 %，石油占 33.1 %，天然氣占 25.9 %消耗中，煤炭、石油、天然氣分別占 19.6 %、22.4 %、39.5 %[2以及大量燃燒后產(chǎn)生的氣體和顆粒物是造成環(huán)境污染加劇、酸雨候變暖的直接原因。世界化石能源資源量有限，消費(fèi)量逐年增加算，石油資源將在今后的 50 年到 80 年消耗殆盡，天然氣資源將資源最多能維持 200 年左右的時間。

圖 1.2 生物質(zhì)成型過程中作用力的形成過程及機(jī)制料經(jīng)粉碎機(jī)粉碎后填入到成型模具中，顆粒處于松散狀態(tài)，，顆粒發(fā)生運(yùn)動，小粒徑顆粒受壓后被擠入到顆粒空隙內(nèi)，壓力持續(xù)作用下，顆粒緊密接觸，發(fā)生彈性變形，顆粒間隙加，顆粒發(fā)生塑性變形，木質(zhì)素軟化形成天然黏結(jié)劑，相鄰增加，形成具有一定形狀的成型燃料，，整個致密成型過程完粒原有結(jié)構(gòu)破壞形成新的結(jié)構(gòu)[33,34]。究存在的問題顆粒致密成型研究中還存在一些難題亟待解決，主要表現(xiàn)為成具有一定形狀和密度的成型燃料過程中，顆粒的運(yùn)動狀態(tài)變過程也是非線性。生物質(zhì)致密成型過程中，有關(guān)的理論基常見的細(xì)觀顆粒體系接觸力和試驗(yàn)樣品的微觀形貌特征都難
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TS61

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本文編號：2641132