秸稈顆粒燃料冷態(tài)壓縮成型實(shí)驗(yàn)研究及數(shù)值模擬.pdf

1、本文以發(fā)展生物質(zhì)能資源化利用技術(shù)為背景，研究農(nóng)作物秸稈顆粒燃料冷態(tài)壓縮成型規(guī)律，為生物質(zhì)固體成型燃料作為可再生能源在替代煤炭燃料方面探索新的途徑。本文研究工作屬于國(guó)家"863"計(jì)劃項(xiàng)目之子課題“農(nóng)業(yè)廢棄物流化床氣化過(guò)程預(yù)處理技術(shù)研究”和河南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“農(nóng)業(yè)廢棄物顆粒燃料冷成型機(jī)理研究”的部分內(nèi)容。主要研究包括：采用電子萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)，分別從壓縮速度、物料含水率、原料種類、模具長(zhǎng)徑比、模具開口錐度等五個(gè)方面進(jìn)行了秸稈顆粒冷態(tài)壓縮成型的

2、實(shí)驗(yàn)研究與分析；根據(jù)秸稈冷態(tài)壓縮成型特點(diǎn)，采用大變形塑性理論作為秸稈材料非線性問(wèn)題的有限元分析基礎(chǔ)，利用ANSYS軟件對(duì)秸稈冷態(tài)壓縮成型過(guò)程進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬，得到了秸稈顆粒冷態(tài)壓縮成型過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變分布圖、流動(dòng)變化圖和等效塑性應(yīng)變圖，并進(jìn)行了不同模具長(zhǎng)徑比和模具開口錐度等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)壓縮成型過(guò)程的模擬分析；從生物構(gòu)造、物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)入手，探索出秸稈顆粒冷態(tài)壓縮成型粘接機(jī)制，并通過(guò)掃描電子顯微鏡進(jìn)行了不同成型條件下的秸稈壓縮

3、前后微觀結(jié)構(gòu)變化的實(shí)驗(yàn)研究：根據(jù)環(huán)模顆粒成型原理，設(shè)計(jì)了一套秸稈顆粒冷態(tài)壓縮成型中試裝置，進(jìn)行了不同物料粒度、含水率、?？组L(zhǎng)徑比等壓縮條件下的顆粒成型率及噸料電耗的試驗(yàn)研究。通過(guò)上述研究工作，得出的最佳壓縮成型條件和工藝參數(shù)具有較好的一致性，為探索秸稈顆粒冷態(tài)壓縮成型規(guī)律提供了科學(xué)依據(jù)。研究工作取得如下主要結(jié)論： (1)當(dāng)壓縮速度取40mmlmin、含水率取16％、秸稈原料為小麥秸稈、模具長(zhǎng)徑比取5.2和模具開口錐度取45。時(shí)，

4、壓縮成型效果最佳；將壓縮成型過(guò)程分為松散、過(guò)渡、壓緊和推移四個(gè)階段，其中松散階段和壓緊階段的數(shù)學(xué)模型為線性方程；過(guò)渡階段的數(shù)學(xué)模型為指數(shù)方程；推移階段根據(jù)秸稈原料種類不同，可用單個(gè)或n階Maxwell模型來(lái)表示其松弛特性。上述結(jié)論為壓縮成型條件和工藝參數(shù)的選取提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 (2)摩擦力和模具錐孔是靠近錐面處的秸稈出現(xiàn)變形滯后現(xiàn)象的主要原因，模具長(zhǎng)徑比和模具開口錐度的最佳取值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，說(shuō)明數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究能夠較好地吻合

5、，為模具參數(shù)的選取和秸稈成型顆粒燃料的性能控制提供了理論依據(jù)。 (3)提出了秸稈冷態(tài)壓縮成型的微觀結(jié)合模式。在橫截面方向上，秸稈組織受到嚴(yán)重破壞，以相互貼合的形式結(jié)合：在縱截面方向上，秸稈組織破壞較小，以相互嵌合的形式結(jié)合。為探索秸稈冷態(tài)壓縮成型機(jī)理提供了參考依據(jù)。 (4)當(dāng)攫取角取45o，模輥直徑比取0.585時(shí)壓縮成型綜合效果最好；小麥秸稈的壓縮成型效果最好，其次是稻草，玉米秸稈最差；當(dāng)物料粒度取6mm，含水率取16