【摘要】：生物質(zhì)能源是化石能源的替代品,干燥預(yù)處理則是生物質(zhì)進一步利用的必要環(huán)節(jié)。本文分別在熱重分析儀和自行設(shè)計搭建的遠紅外輻射實驗臺上對典型生物質(zhì)進行輻射干燥實驗,基于傳熱傳質(zhì)理論和分形理論,研究溫度、生物質(zhì)種類和薄層厚度等因素對生物質(zhì)干燥動力學(xué)特性、傳熱特性和微觀孔隙結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。通過熱重分析實驗和動力學(xué)理論,獲得溫度對生物質(zhì)組成成分、棉花秸稈和桉樹皮干燥動力學(xué)的影響規(guī)律,研究結(jié)果表明:當干燥溫度從60℃升高到120℃(木聚糖的溫度從60升高到100℃)時,棉花秸稈、桉樹皮、纖維素、木聚糖和木質(zhì)素的平均干燥速率均增加約2倍。桉樹皮平均干燥速率大于棉花秸稈,木聚糖的平均干燥速率小于纖維素和木質(zhì)素。在溫度區(qū)間60-70℃,五種樣品干燥過程均存在升速段、恒速段和兩個明顯的降速段。第一降速段的活化能大于第二降速段的,棉花秸桿的活化能大于桉樹皮的,木質(zhì)素的活化能最小。通過在遠紅外輻射實驗臺上對毛白楊葉、棉花秸稈、咖啡渣和桉樹皮成型樣品進行干燥實驗,獲得輻射源溫度對成型樣品的動力學(xué)特性、傳熱特性和微觀結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律,研究結(jié)果表明:當輻射源溫度從100℃升高到200℃時,四種成型樣品的平均干燥速率增大了 1.4-1.9倍,與輻射加熱板的平均輻射換熱熱流密度增大了 3.3-3.7倍。當輻射源溫度低于180℃時,樣品干燥過程表現(xiàn)為升速段恒速段和兩個明顯的降速段。生物質(zhì)成型樣品干燥前后未發(fā)生明顯的形變,第一降速段和第二降速段的平均有效濕分擴散系數(shù)分別為1.015×10-9-3.951×10-9 m2·s-1和1.473×10-9-6.484×10-9m2·s-1。其中,桉樹皮的有效濕分擴散系數(shù)最大,而咖啡渣的最小�；趬汗瘻y試和分形理論獲得輻射干燥處理前后桉樹皮成型樣品的表面分形維數(shù),結(jié)果表明基于熱力學(xué)關(guān)系的分形維數(shù)更能表征桉樹皮樣品的孔隙結(jié)構(gòu),且大孔孔隙體積所占比例越大,分形維數(shù)越小。通過在遠紅外輻射實驗臺上對桉樹皮薄層進行干燥實驗,獲得輻射源溫度、薄層厚度和初始含濕量對松散結(jié)構(gòu)生物質(zhì)薄層干燥動力學(xué)特性的影響規(guī)律,研究結(jié)果表明:輻射源溫度、薄層厚度和初始含濕量對有效濕分擴散系數(shù)均有顯著影響,且有效濕分擴散系數(shù)隨厚度增加而增大,隨初始含濕量增加而減小。當輻射源溫度從100℃升高到200℃時,樣品在第一降速段和第二降速段的平均有效濕分擴散系數(shù)分別為 8.127×10-10-5.056×10-9m-2·s 和 1.269×10-9-7.630×10-9 m2·s-1。本論文的研究結(jié)果可為干燥器的設(shè)計及生物質(zhì)的熱利用提供依據(jù)。
【圖文】：

（ｌ．ＳｉＣ加熱板２．溫度控制單元３．調(diào)壓器４．支撐架５．光電轉(zhuǎn)換模塊６．光線溫度傳感器逡逑７．ＰＴ１００熱電阻８．樣品９孔盤１０．電子天平１１．數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）逡逑由圖２－１可知，整個實驗系統(tǒng)由ＳｉＣ加熱板、溫度控制單元、調(diào)壓器、光線溫逡逑度傳感器、電子天平、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成。實驗中，通過調(diào)節(jié)調(diào)壓器的輸出功逡逑率，進而控制福射加熱板（ＳｉＣ）的功率；通過設(shè)置加熱板溫控裝置實現(xiàn)對加熱板逡逑溫度的控制；高精度電子天平記錄生物質(zhì)干燥過程的瞬時質(zhì)量，通過數(shù)據(jù)采集系逡逑統(tǒng)傳輸?shù)剑校蒙�，，實現(xiàn)樣品質(zhì)量實時采集功能；兩個光纖溫度傳感器和一個ＰＴ１００逡逑分別測量樣品上方２邋ｃｍ處、樣品表面和底部的溫度。逡逑（１）福射元件的選擇逡逑遠紅外福射元件的結(jié)構(gòu)類型按照形狀常分為管式、板式和燈式等。其中，板逡逑式福射元件的福射面積大、強度高且均勻的優(yōu)點使其在工程應(yīng)用方面占據(jù)優(yōu)勢。逡逑本干燥實驗裝置中選擇買自北京西四的碳化娃（ＳｉＣ）加熱板作為遠紅外箱射逡逑體，有效尺寸為２６５ｘ１６０邋ｍｍ，電壓２２０邋Ｖ，最大功率１５００邋Ｗ。碳化娃加熱板具有逡逑電－福射熱轉(zhuǎn)換效率高，熱穩(wěn)定性較好，熱反應(yīng)慢，用于樣品升溫速率較低的場合逡逑的特點。逡逑（巧干燥室結(jié)構(gòu)設(shè)計逡逑干燥室外形尺寸為％0ｘ邋４６０巧８０邋ｍｍ。外層和內(nèi)層均為厚１邋ｍｍ的不誘鋼

無法對所有工況均做檢測性重復(fù)實驗。因此，選擇一定數(shù)量的典型工況逡逑進行重復(fù)實驗，對同一工況實驗結(jié)果進行誤差分析。Ｗ福射源溫度１２０邋Ｃ的毛白逡逑楊葉為例繪制３次重復(fù)實驗曲線。結(jié)果如圖２－２所示，誤差在±４邋％Ｗ內(nèi)，可知實逡逑驗系統(tǒng)可重復(fù)性較好。逡逑１２逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TK6

【參考文獻】

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本文編號：2659240