生物质颗粒燃料成型的黏弹性本构模型

为研究生物质颗粒成型燃料压缩成型机理,该文用玉米秸秆、花生壳、小麦秸秆、大豆秸秆、棉花秸秆、木屑等6种生物质原料,采用生物质颗粒燃料成型机进行压缩成型,研究生物质颗粒燃料压缩成型过程,采用黏弹性理论,建立生物质颗粒成型燃料的本构模型,从力学角度提出生物质颗粒成型燃料的压缩成型机理,并研究对比不同种类生物质原料压缩的最大应力与能耗.结果表明,6种生物质原料中棉杆和木屑的最大应力较高,其余4种原料略低;木屑的压缩能耗最高,其次为棉秆、花生壳和豆秸,小麦秸秆和玉米秸秆较小.该研究结论为解决生物质颗粒成型燃料成型加工能耗高,关键部件受力磨损导致寿命低等问题提供一定参考.     

跌落冲击下果实动态本构模型的构建与表征

基于果实非损伤条件下的跌落冲击动力学特征,提出表征其非线性黏弹性的本构模型与模型参数识别方法。该模型包括一个非线性弹簧元件、一个线性增强黏性元件。以苹果为研究对象,进行多个高度下的跌落冲击试验,获得其发生损伤的临界跌落高度;基于临界跌落高度下的冲击试验结果,建立其跌落冲击方程,进行跌落冲击响应的数值分析与模型参数识别。结果表明,理论结果与试验值很吻合,采用本模型结合试验结果能较准确地确定类似特性果实的动态流变特征参数。研究结果为果实动态流变特性分析以及模型表征提供了一种新方法,也为进一步表征果实的黏弹塑性损伤特征提供基础。     

秸秆类生物质成型热黏塑性本构模型构建

针对生物质颗粒生产能耗高、效率低的现状,该文从生物质组成角度,特别是木质素特性出发探讨其成型机理。秸秆成型过程由于内摩擦力的作用产生大量热量,温度的上升会造成木质素的软化,木质素的这一变化为纤维颗粒的团聚提供了黏结力。温度和木质素特性对生物质塑性成型性能产生巨大影响,是热黏塑变形过程。为研究生物质内部特性对塑性成型过程的影响,运用内时理论,以玉米秸秆、小麦秸秆和水稻秸秆为研究对象,构建了秸秆类生物质压缩成型内时本构方程。借助黏土流动理论,推导定义生物质黏塑性强化函数和核函数,运用数值分析和试验得出本构方程的系数。与试验数据相比较,基于内时理论的热黏塑性本构模型较好的模拟了生物质塑性流变过程。结果显示,向秸秆中添加20%的木质素,可有效提高其塑性流动性能,降低其在相同应变下的应力以及生产能耗;当成型温度在100~115℃之间,应变率在1×102~1×103 s-1之间,对于木质素质量分数分别为29%的玉米秸秆、33.5%的小麦秸秆和34.3%的水稻秸秆的固化成型性能最好。     

水产沉性颗粒饲料挤压蒸煮工艺对其理化特性的影响

为了规模化生产出低污染、高转化率的环保型水产沉性颗粒饲料,选用双螺杆挤压机对水产全价配合原料进行挤压熟化研究。以沉性水产硬颗粒饲料理化特性(膨化度、近似密度、糊化度、耐久性和水中稳定性)为重要指标,采用表面响应分析法研究了物料含水率（22%～38%）、套筒温度（70～170℃）和螺杆转速（73～107?r/min）对其挤压工艺和饲料理化特性的影响规律,SEM分析其微观结构。结果表明：物料含水率、套筒温度和螺杆转速均显著影响饲料的理化特性。中高物料含水率和套筒温度及低螺杆转速时,才能获得理想的沉性高熟化水产颗粒饲料,其理化特性具有低膨化度（1.14）,高近似密度（757.6?g/L）、糊化度（879.5?g/kg）、耐久性（96.6%）和水中稳定性（88.7%）。SEM分析显示优化条件（物料含水率31%,套筒温度126℃,螺杆转速78?r/min）下生产的颗粒饲料结构光滑质密。该研究可为发展高效、低耗、低碳高品质沉性水产饲料研究和生产提供参考。     

番茄果实蠕变特性表征的Burger's修正模型

针对经典Burger’s模型在蠕变特性表达中的不足,进行了绿熟期、变色期、红熟前期和红熟中期番茄果实的蠕变试验,并在Burger’s模型和常用指数型与幂函数型修正模型分析的基础上构造提出了4元件6参数修正模型.该模型对不同成熟期蠕变段试验数据拟合的平均决定系数与和方差分别达0.9975~0.9994和0.04047~0.07633,蠕变变形率和弹性度的拟合平均相对误差分别为2.54%~3.04%和2.89%~7.12%,蠕变量预测的平均相对误差为0.29%~0.46%,蠕变速率也与实际更加吻合,其曲线拟合精度、关键指标表达精度和蠕变预测精度大大优于Burger’s模型和常用修正模型.研究表明该模型实现了蠕变行为的更准确表征与预测,从而为果实收获、储运、分选的减损提供了更好的模型依据.     

车辆行驶的表层沙土非线性弹性本构模型的试验研究

以车辆行驶的表层沙土为研究对象，用土壤动态三轴仪对车辆行驶的表层沙土的力学特性进行了试验研究，建立了适于车辆行驶的表层沙土的非线性弹性邓肯（Ｄｕｎｃａｎ）本构模型。研究结果表明它能够较好地反映车辆行驶的表层沙土的本构关系，为车辆行走机构与表层沙土相互作用的力学计算分析和研制沙漠运输车辆奠定了基础     

成型和灼烧温度对垃圾衍生燃料灰渣理化特性的影响

以生活垃圾衍生燃料(refuse derived fuel,RDF)为研究对象,通过挤压成型的RDF与非成型的RDF在600~1 100℃条件下灼烧,所产生的灰渣进行质量、粒径、化学成分等特性进行分析,探索RDF灰渣随温度变化的规律以及潜在的应用价值。研究结果表明,在1 000℃以下,RDF灰渣随着温度提高,灰分组分发生分解反应,主要是残余有机物、碳酸盐、硫酸盐的分解,灰渣粒径减小;当温度升至1 000℃以上,灰分组分发生化合反应,生成产物以复合硅酸盐为主,灰渣粒径增大甚至结块;灰渣在化学反应过程中,非金属元素C,Cl,S转化为气体化合物逸出主体,使灰渣质量减小;成型RDF灰渣晶体含量比非成型RDF高;成型RDF灰渣粒径比非成型RDF灰渣大。     

秸秆碎料凸向模压成型流变特性的试验研究

采用模拟压缩的方法,研究了低密度秸秆碎料凸向模压成型的流变特性及主要影响因素。结果表明,凸向模压成型时物料充填具有不均匀性和压缩时序性。物料流变以纵向为主,横向流变使充填趋于均匀。横向位移受物料形态影响最大,其次是装料高度和斜面倾角。     

温度对玉米秸秆成型颗粒烘焙制备生物炭及其特性的影响

采用低温烘焙技术制备玉米秸秆成型生物炭,可解决玉米秸秆带来的环境污染及资源浪费。研究以玉米秸秆成型颗粒为原料,利用固定床反应器,制备了不同烘焙温度(250～400℃)成型生物炭,采用元素分析、工业分析、能量产率、质量产率、机械性能、疏水性、红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、扫描电镜(Scanning electron microscopy,SEM)、元素K含量等分析生物炭特性。随烘焙温度升高,热值增加,能量产率降低,400℃时,成型生物炭热值为21.86MJ/kg,能量产率为50.17%。成型生物炭颗粒表面裂纹增多,机械性能降低,350℃烘焙成型生物炭(CSP350)机械性能好于400℃烘焙成型生物炭(CSP400),低于成型生物质颗。烘焙生物炭疏水性提升,可贮藏于室外。成型玉米秸秆经烘焙热解发生了脱水、脱羰基、脱甲基反应,纤维素、半纤维素热解剧烈,木质素开始热解。随温度升高,其孔径呈下降趋势,比表面积增大。结果表明,玉米秸秆成型烘焙生物炭可作为优质生物燃料,适宜制备温度为300～350℃。     

大豆籽粒的化学-力学特性灰色关联度及本构模拟

为研究大豆籽粒在不同受载情况下的力学特性,探索其化学-力学特性之间的关系,该文选择11种大豆籽粒在含水率为8.65%下对其进行化学组分、针尖压入、剪切、压缩试验,并借助Abaqus软件建立本构模型,对压缩试验过程进行模拟仿真。力学试验和模拟结果表明:所测大豆籽粒硬度为18.39~52.58 N/mm,大豆籽粒破损强度为3.65~15.32 MPa,大豆籽粒极限剪切力为12.70~52.33 N,纵轴的抗剪能力明显高于横轴;不同压缩形式和剪切方向分别对大豆籽粒破损强度和极限剪切力影响极显著;试验与仿真的载荷-变形曲线拟合良好,说明所建立的大豆本构模型能够分析研究其抗挤压特性。灰色关联度分析结果表明:与化学组分含量最为密切的力学指标是硬度与接触刚度,其中硬度与粗蛋白质、粗脂肪、粗淀粉、粗纤维含量的关联度分别为0.309 4、0.327 8、0.171 9、0.191 8,接触刚度与其关联度分别为0.220 6、0.283 7、0.186 9、0.133 4,粗蛋白质和粗脂肪含量对硬度与接触刚度的影响最大,其次是粗纤维素,粗淀粉含量。研究结果可为品质预测和品种鉴别提供新的方法和依据。     

蛋白原料及其混合粉料理化性质对颗粒饲料加工质量的影响

该研究旨在探究豆粕、棉粕、菜粕、酒糟蛋白(Distillers Dried Grains with Solubles,DDGS)、乙醇梭菌蛋白5种蛋白原料及其混合粉料的营养指标和理化性质的差异,确定影响颗粒饲料质量和制粒能耗的关键指标,对5种蛋白原料的制粒效果进行综合评价.以豆粕为对照组,仅改变蛋白原料,采用相同的加工...     

平行极板电容传感器介电式颗粒饲料水分检测仪设计与试验

为了实现颗粒饲料含水率的快速、无损检测,设计了以STM32F103ZET6单片机为控制芯片的颗粒饲料水分检测仪,采用平行极板电容传感器、温度传感器、质量传感器和相应的检测电路分别检测颗粒饲料样品的电容、温度和容积密度,经过单片机进行处理后实现颗粒饲料的含水率检测,并在OLED显示屏上显示检测结果。采用自制颗粒饲料水分检测仪,分析了含水率、温度、容积密度对颗粒饲料相对介电常数的影响规律,并建立了相对介电常数与含水率、温度、容积密度之间的关系模型,模型的决定系数为0.996 8。同时对颗粒饲料水分检测仪的检测精度进行了检验,含水率实测值与仪器检测值之间的决定系数为0.990 3。试验结果表明,与烘干法相比,所设计检测仪的绝对测量误差值在±0.6%以内,具有一定的实用价值。该研究为颗粒饲料水分快速、无损在线检测提供一种新的方法和技术支撑。     

基于粒子群参数优化和BP神经网络的颗粒饲料质量预测模型

针对颗粒饲料产品受配方原料、加工参数变化而带来的质量波动问题,提出了一种以误差反向传播算法神经网络（back-propagation neural network,BPNN）为核心,平均影响值法（mean impact value,MIV）为数据预处理方法,粒子群算法（particle swarm optimization,PSO）为关键参数优化算法的颗粒饲料质量预测模型。基于面向实际建立的输入输出指标体系,使用实地采集的颗粒饲料生产数据对模型进行训练和测试,测试结果显示实际值与模型预测值呈显著正相关,决定系数R2均在0.94以上;平均绝对误差、平均绝对百分比误差及均方根误差显示预测精度达到较高水平,各误差平均值依次达到0.442、2.185%和0.5481。以多元线性回归模型及基本BPNN模型预测结果对比可以发现,MIV-PSO-BPNN预测模型预测性能有显著提升,各输出误差优化幅度从39.55%～91.80%不等,平均优化幅度分别达到84.99%和56.95%;同时相对误差变化趋势图显示MIV-PSO-BPNN预测模型具有更优的预测稳定性,相对误差极值差降幅均值达91.46%。该研究为颗粒饲料质量控制提出了一种新思路,可为饲料行业高效低耗生产提供理论依据。     

生物质成型燃料的物理品质和成型机理的研究进展

为了提高生物质成型燃料的物理品质，以及为成型工艺的合理选择提供理论依据，在生物质成型燃料物理特性试验研究的基础上，结合目前国内外关于生物质压缩成型的最新研究进展，分析了生物质压缩成型的内在机理，揭示了生物质成型燃料的品质指标与生物质成型过程的粒子特性、生化特性和电势特性的关系，为今后深入开展生物质压缩成型的研究提供了新的思路和途径。     

水产沉性粒饲料挤压蒸煮工艺对其物性影响

选用双螺杆挤压机对水产全价配合原料进行挤压熟化,以沉性水产硬颗粒饲料理化特性(膨化度、堆积密度、糊化度、耐久性和水中稳定性)为重要指标,采用表面响应分析法研究了物料水分含量(25～35%)、套筒温度(90～150℃)和螺杆转速(80～100 r/min)对其挤压工艺和饲料理化特性的影响规律,SEM分析其微观结构。结果表明：物料水分、套筒温度和螺杆转速均显著影响饲料的理化特性。中高物料水分和套筒温度及低螺杆转速时,才能获得理想的沉性高熟化水产颗粒饲料,其理化特性具有低膨化度(1.15),高堆积密度(754.7 g/L)、糊化度(882.3 g/kg)、耐久性(96.6%)和水中稳定性(89.1%)。SEM分析显示优化条件(物料水分30%,套筒温度120℃,螺杆转速80 r/min)下生产的颗粒饲料结构光滑质密。     

挤压引起食品特性变化的数学模型研究综述

挤压是一项有效的食品加工技术,物料在挤压机内既受到加热又受到剪切,经历的是一个非等温过程,且停留时间出现分布。正确建立挤压食品特性变化的数学模型是对产品质量进行预测和控制的基础,可以将描述挤压引起的食品特性变化的数学模型分为6类:流变模型、动力学模型、降解模型、膨胀模型、质构模型和统计模型。含水率、温度、停留时间分布(RTD)、时温历程、剪切历程等因素都可能对产品特性产生影响。该文详细论述了在建立前3种模型的过程中如何考虑这些因素的影响。该文最后简要论述了今后的研究方向。     

有机质浸染砂水泥土的力学特性及本构关系

为研究海南省海湾地区分布的有机质浸染砂水泥土的力学特性,该文首先对有机质浸染砂水泥土和标准砂水泥土进行无侧限抗压强度对比试验(采用配合比均为熟石灰掺入比7.5%、水泥掺入比20%、水灰比0.45),定量分析养护龄期对其无侧限抗压强度及试样破坏形式的影响。然后对有机质浸染砂水泥土进行单轴抗压试验,获得了水泥土材料的应力-应变全过程曲线、刚度变化规律以及改进邓肯-张本构模型。结果表明:1)有机质浸染砂水泥土试样的破坏类型为塑性剪切破坏和脆性剪切破坏;2)有机质浸染砂水泥土抗压强度随着养护龄期的增加基本呈指数形式增长,但在养护龄期14 d后,增长速度逐渐降低并趋于稳定;3)随着养护龄期增长,水泥土刚度增加。在加载初期,水泥土切线模量随着轴向应变增加而增大,呈现刚度硬化现象;4)基于单轴抗压试验得到应力-应变全过程曲线,可分为2个阶段:塑性阶段、软化阶段;5)通过对应力-应变全曲线的描述,得到了修正的邓肯-张模型,确定模型参数后,与实测数据对比发现,该修正模型可以模拟有机质浸染砂水泥土的应力-应变关系。