生物質(zhì)熱解的物理化學(xué)模型與分析方法研究.pdf

1、生物質(zhì)燃燒是火災(zāi)安全科學(xué)領(lǐng)域的重要研究課題。熱解是生物質(zhì)著火、燃燒和火蔓延過程的基本先導(dǎo)過程，它在很大程度上決定了從生物質(zhì)材料中可獲得的用于支持燃燒過程的燃料的量，并在某種程度上也決定了熱量，因?yàn)樯镔|(zhì)燃燒中的熱量釋放速率可以由熱解產(chǎn)生燃料的速率與燃料的燃燒熱的乘積來模擬。因此，從物理和化學(xué)作用機(jī)制方面認(rèn)識生物質(zhì)熱解過程的行為與規(guī)律并對其進(jìn)行模擬，將有助于深刻認(rèn)識生物質(zhì)燃燒引發(fā)火災(zāi)過程的動力學(xué)機(jī)制，并為生物質(zhì)燃燒和火蔓延的?；峁┖侠淼?/p>

2、燃燒動力學(xué)描述。 生物質(zhì)熱解過程不僅包含復(fù)雜的化學(xué)動力學(xué)過程，而且包含復(fù)雜的物理輸運(yùn)過程，如傳導(dǎo)、對流等傳熱過程，及傳質(zhì)過程，以及這些過程的相互作用等。迄今描述生物質(zhì)熱解的傳熱傳質(zhì)等物理過程的模型已經(jīng)有較大發(fā)展，但其中對化學(xué)動力學(xué)過程的描述則相對簡化。因此，構(gòu)建體現(xiàn)物理過程與化學(xué)動力學(xué)過程及其相互耦合作用的綜合性物理化學(xué)模型，是生物質(zhì)熱解模型研究的發(fā)展方向。 本文的研究目標(biāo)是，以森林可燃物為研究對象，面向小尺寸熱解動力學(xué)

3、發(fā)展熱解數(shù)據(jù)預(yù)處理方法和熱解動力學(xué)分析方法；在此基礎(chǔ)上研究生物質(zhì)材料的熱解化學(xué)反應(yīng)過程，建立具有一定普遍性和精確性的生物質(zhì)材料全局表觀熱解動力學(xué)模型，為生物質(zhì)著火與燃燒模擬提供可靠的熱解化學(xué)動力學(xué)描述;進(jìn)而研究物理傳熱傳質(zhì)過程和化學(xué)動力學(xué)過程的相互耦合作用規(guī)律，建立耦合型生物質(zhì)熱解模型，為生物質(zhì)的著火與燃燒模擬提供科學(xué)合理的熱解子模型。 本文首先對熱分析動力學(xué)方法和熱分析數(shù)據(jù)預(yù)處理方法進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究，為分析生物質(zhì)材料的熱解

4、動力學(xué)行為提供方法學(xué)指導(dǎo)。其次，對空氣氣氛下小樣品生物質(zhì)材料試樣的熱解動力學(xué)行為進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)在空氣氣氛下生物質(zhì)材料呈現(xiàn)的兩步主要失重過程分別是生物質(zhì)組分的熱裂解和生成炭的氧化反應(yīng)所致。基于此熱解反應(yīng)機(jī)理，本文構(gòu)建了空氣氣氛下生物質(zhì)熱解的“兩階段連續(xù)反應(yīng)模型”，并證明了幾種動力學(xué)模型的一致性。本文還發(fā)現(xiàn)了動力學(xué)參數(shù)對機(jī)理函數(shù)的依賴關(guān)系，并研究了動力學(xué)參數(shù)的補(bǔ)償效應(yīng)，給出了理論解釋。最后，依據(jù)“兩階段連續(xù)反應(yīng)模型”，建立了物理過程與