【摘要】：生物質(zhì)的合理利用不僅可以緩解日益嚴(yán)重的能源危機(jī),還能夠解決如今中國(guó)農(nóng)村中因就地焚燒農(nóng)林廢棄物造成的嚴(yán)重環(huán)境污染問題。但未經(jīng)處理的生物質(zhì)原料往往是比較松散的,而且能量密度低,這限制了生物質(zhì)能源的運(yùn)輸和存儲(chǔ)。通過對(duì)生物質(zhì)原料成型壓縮,不但可以解決上述問題,也可以大大提高生物質(zhì)原料的燃燒特性并擴(kuò)展生物質(zhì)的使用范疇。然而如今生物質(zhì)成型技術(shù)中面臨著模具磨損嚴(yán)重、成型壓力難以預(yù)測(cè)、能耗高及成型塊成型質(zhì)量不佳等問題,針對(duì)這些問題,本文從生物質(zhì)成型的力學(xué)特性及成型工藝參數(shù)兩方面進(jìn)行研究。通過對(duì)生物質(zhì)成型過程中的力學(xué)特性分析,可以建立準(zhǔn)確的力學(xué)模型并深入分析成型機(jī)理;通過成型工藝參數(shù)的研究則可以減小成型過程中所需的能耗和提高成型塊的成型品質(zhì)。本文所做的研究工作如下:首先,根據(jù)生物質(zhì)成型過程中所表現(xiàn)出的黏彈塑性,將生物質(zhì)的壓縮成型具象成一個(gè)模擬模型;采用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合的方法,確定了所建立的黏彈塑性本構(gòu)方程中未知的待定參數(shù),并通過相關(guān)系數(shù)來反應(yīng)所建立的本構(gòu)模型和實(shí)際的擬合程度,從而完成對(duì)成型過程中應(yīng)力應(yīng)變的預(yù)測(cè);通過所建立的黏彈塑性模型,探討了部分成型工藝參數(shù)對(duì)成型過程影響的實(shí)際物理意義。其次,根據(jù)生物質(zhì)顆粒在成型過程中的實(shí)際情況選擇離散單元法來替代有限單元法,以提高分析的精度和準(zhǔn)確度;對(duì)離散單元法中的接觸模型和參數(shù)設(shè)置進(jìn)行了推導(dǎo)和確定;借助于離散單元軟件EDEM對(duì)生物質(zhì)壓縮成型進(jìn)行了模擬和仿真;通過離散單元軟件EDEM和有限單元ANSYS的共同仿真,將離散單元中物料的受力映射到外部模具上,在ANSYS中獲得外部模具應(yīng)力分布圖。最后,選取了最大壓縮量、濕度、模具尺寸、加載速度及保型時(shí)間這五種對(duì)成型能耗和成型密度有一定影響的成型工藝參數(shù),分別進(jìn)行了單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)分析。通過單因素實(shí)驗(yàn)大致看出各個(gè)成型工藝參數(shù)對(duì)成型的影響,通過正交實(shí)驗(yàn)的方差分析得到這五種成型工藝參數(shù)對(duì)成型的顯著性關(guān)系;基于顯著性因素最大壓縮量、成型尺寸和含水率進(jìn)行細(xì)化水平的正交實(shí)驗(yàn),采用了基于遺傳算法的最小二乘支持向量機(jī)來對(duì)成型的比能耗和成型密度進(jìn)行預(yù)測(cè);并采用了遺傳算法尋優(yōu)的方式,獲得最利于實(shí)際生產(chǎn)的成型工藝參數(shù)組合。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TK6
【圖文】：

圖 1-1 德國(guó) Fraunhofer 公司制氫裝置除了將壓縮的生物質(zhì)固體燃料當(dāng)做最終產(chǎn)品外，還可以將這些固體行熱解氣化或者熱解液化[10]，做出如液體乙二醇，航天燃料氫氣等泛且易于攜帶的氣體或液體燃料。國(guó)外的很多公司在這方面已經(jīng)碩，德國(guó)的 Fraunhofer 公司在 2015 年德國(guó)漢諾威工業(yè)博覽會(huì)中展示出裝置，該裝置對(duì)已壓成型的生物質(zhì)燃料，通過催化劑作用獲得用于電池系統(tǒng)中的乙二醇液體燃料[11]，其裝置如圖 1-1。

生物質(zhì)成型塊，理論而言生物質(zhì)的分子密度能達(dá) 1500kg/m。圖 1-1 德國(guó) Fraunhofer 公司制氫裝置了將壓縮的生物質(zhì)固體燃料當(dāng)做最終產(chǎn)品外，還可以將這些固體生物熱解氣化或者熱解液化[10]，做出如液體乙二醇，航天燃料氫氣等適用且易于攜帶的氣體或液體燃料。國(guó)外的很多公司在這方面已經(jīng)碩果累德國(guó)的 Fraunhofer 公司在 2015 年德國(guó)漢諾威工業(yè)博覽會(huì)中展示出的生置，該裝置對(duì)已壓成型的生物質(zhì)燃料，通過催化劑作用獲得用于飛行池系統(tǒng)中的乙二醇液體燃料[11]，其裝置如圖 1-1。

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本文編號(hào)：2729341