农林废弃植物粉碎后的压缩特性

将几种农林废弃的植物材料经粉碎后，放在圆筒容器内进行压缩成型过程中，对压力和变形的关系进行了大量实验研究，证实了压力和物料变形的关系服从于关于粉粒状物料压缩的川北模型分式，在此基础上，进一步分析了模型系数与物料参数及压缩成型条件之间的关系，给出了估计模型系数的计算公式。     

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。     

饲料用秸秆丝化多频快速压缩成型工艺参数优化

为了进一步探明丝化后干玉米秸秆压缩成型的最佳工艺参数,利用WDW-200微机控制电子式万能试验机,以秸秆含水率、最大压缩力(能够压缩成型的最小压缩力)、压缩次数和压缩速度为影响因子,对饲料用玉米秸秆丝化后压缩成型块的松弛比进行了二次回归旋转组合试验研究。建立并分析了4个影响因子对玉米秸秆丝化压缩成型松弛比的回归模型,并进行了验证试验。结果表明:丝化后玉米秸秆压缩成型最佳工艺条件为:含水率为7.8%~18.3%,能够成型的最小压缩力为6.22 MPa,压缩次数为2~6次,压缩速度为128~337 mm/min。在此工艺条件下,干玉米秸秆丝化压缩成型的松弛比在1.2和1.5之间,均能满足实际生产中较低能耗与生产质量的要求。该试验对压缩工艺的优化、压缩设备的研制和了解压缩成型后产品的特性具有参考意义。     

玉米秸秆粉料单模孔致密成型过程离散元模拟

为模拟粉碎后的玉米秸秆在单向受压状态下的力学行为,参照实际单模孔致密成型实验,建立了基于软球模型的秸秆粉料颗粒体系三维离散元模型,其约束边界条件与成型实验几何边界形态及尺寸一致。进行模拟分析时,颗粒接触模型的力学特性参数,如颗粒间法向刚度系数kn,切向刚度系数ks及摩擦系数μ,利用离散元模拟程序调试得出参数取值范围。将模拟得到的结果与实验测试数据进行比对与假设检验验证,结果显示数据一致性较好。得出离散元模拟时颗粒间力学特性参数最佳取值范围,分别为法向刚度系数(1.2~1.8)×104 N/m,切向刚度系数(0.8~1.3)×104 N/m,摩擦系数0.10~0.12。通过分析不同压缩位移、不同孔径以及不同锥角下的压缩与应力松弛曲线,建议成型模具孔径Φd=8 mm,锥角θ=45°,且应尽量增大压缩位移以防止秸秆成型块发生松散。离散单元法为研究玉米秸秆粉料致密过程力学行为提供了一种有效的分析手段。     

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。     

基于响应面法的玉米秸秆成型工艺优化

为了研究玉米秸秆成型过程中各参数之间的交互作用,获得最佳的工艺参数,该文采用5因素的响应面试验设计研究了原料水分(8%~24%)、温度(50~150℃)、压缩速度(10~50 mm/min)、压力(51.0~127.4 MPa)、保压时间(10~50 s)5个成型参数对玉米秸秆成型颗粒的松弛密度、Meyer强度以及压缩比能耗3个成型技术指标的影响,建立了响应面模型,结合成型燃料标准,获得了最佳的工艺参数,并对优化后的试验参数进行了试验验证。试验结果表明:在选取试验参数范围内,温度、原料水分、压力均会对技术指标产生较大影响;而压缩速度和保压时间所产生的影响相对较小。最优化的工艺参数(压力、温度、水分)为:4 k N(51.0 MPa)、110.8℃、17%,在该参数组合下的验证试验结果为:松弛密度为1031 kg/m~3,Meyer强度为27.1 N/m~2,比能耗为10.03 k J/kg。该研究可为秸秆生物质成型燃料制备产业提供参考。     

玉米秸秆育苗种坨成型工艺试验研究

秸秆育苗种坨是以玉米秸秆作为主要成分,添加牛粪、无机络合物、聚丙烯酸钠、硫酸亚铁等辅料研磨后作为育苗基质,将种子和基质一次性压制成型,也可将种子种植于种坨种植孔内,在满足种子发芽生长的温度和湿度条件下,育苗后直接移栽的新型块状育苗技术。种坨育苗不仅能够定养定肥、省去配肥加药环节,而且具有直接移栽不伤根、无需缓苗、省去装钵取苗环节等优势,具有良好的经济效益、生态效益。该研究在物料特性分析基础上,分别以物料含水率、压缩比以及压缩速度为试验因素,以抗破坏强度、吸水率、膨胀率为试验指标进行试验研究,分析各因素对育苗种坨成型质量及性能的影响规律。试验结果表明,含水率较优范围18%~22%;压缩比较优范围2.75~3.50;压缩速度较优范围90~130 mm/min。进行三元二次正交旋转组合试验设计,建立含水率、压缩比、压缩速度与吸水率、抗破坏强度、膨胀率等参数之间的数学模型,得到各指标优化参数组合为:含水率为22%,压缩比为2.9,压缩速度为90 mm/min,此时育苗种坨抗破坏强度较强,吸水性能好,膨胀率低。验证试验结果表明:种坨成型质量及性能良好,满足育苗要求,为秸秆育苗种坨成型工艺、成型机械的设计与优化提供了理论依据。     

环模式成型机压缩水稻秆成型工艺参数优化

为了确定环模式成型机压缩水稻秸秆最佳的成型工艺参数,该文以水稻秸秆为原料,利用9JYK-2000A型环模式成型机进行压缩成型,寻求工作参数对环模式成型机压缩水稻秸秆成型影响规律和优化工艺参数组合。采用四因素五水平二次回归正交旋转中心组合设计试验方法,以含水率、成型温度、模辊间隙和主轴转速为影响因子,以成型压块的松弛密度和抗破碎性为评价指标。利用Design-expert8.0.6的回归分析法及响应面分析法,建立并分析了4个因子对评价指标影响的数学模型。结果表明：当参数组合含水率为17.5%～27.1%、成型温度为81.9℃～88.1℃、磨辊间隙为2.49～3.78 mm、主轴转速为157.6～186.5 r/min条件下,成型压块的松弛密度大于1.0 g/cm3,成型压块的抗破碎性大于65%;各因素对松弛密度贡献率的主次关系为：主轴转速>磨辊间隙>含水率>成型温度,各因素对抗破碎性贡献率的主次关系为：含水率>主轴转速>磨辊间隙>成型温度。研究可为环模式成型机压缩水稻秸秆成型提供一定理论依据和技术支撑。     

秸秆压块机组合环模的磨损机理

针对环模式秸秆压块机成型模具易磨损的问题,该文对45钢秸秆燃料成型模具的磨损过程进行了研究。通过测试磨损模具的磨损形貌,分析了该类磨损的作用机理,结合分形理论得出了磨损深度率的计算模型,在此基础上探讨了影响磨损的因素,并针对成型速度和模具硬度对磨损的影响进行了有限元仿真和试验验证。结果表明:秸秆原料对金属模具的磨损沿进料方向依次减弱,磨损主要发生在模具中间部位和下侧面,以硬磨料磨损为主;模具磨损受多种因素影响,其中模具硬度越大、成型速度越低,模具耐磨性能越好,硬度影响大于成型速度的影响;成型速度为9 mm/s时,模具耐磨性能和成型产品品质较好,而用于秸秆燃料成型的模具硬度不能太高,否则易发生脆性断裂。该文研究结果有利于指导压块机组合环模的设计。     

苜蓿振动压缩成型过程中的力链演变

为分析生物质在压缩过程中的力学行为,揭示振动压缩成型机理,基于离散元仿真分析方法对揉碎苜蓿振动压缩过程中应力传递,力链结构及演变过程进行研究.参照实际压缩成型试验,建立了揉碎苜蓿压缩系统的离散元仿真模型,利用物理试验对模型有效性进行了验证.基于建立的离散元仿真模型,进行了压缩过程中力链结构及演变的仿真分析,研究结果表明...     

稻谷颗粒物料堆积角模拟预测方法

为了准确预测颗粒物料的堆积角,研究采用数值仿真方法对堆积状态的颗粒物料进行模拟预测。以稻谷颗粒物料为例,应用离散元法和MATLAB图形图像处理技术,模拟了稻谷在无底圆筒中落料堆积现象,并对堆积图像轮廓采取线性拟合,在非试验条件下预测出稻谷堆积角,预测堆积角为22.66°±0.49°,与实际堆积试验比较,试验堆积角为22.62°±0.33°,误差为0.18%。结果表明:数值模拟结合图像特征提取的方法对稻谷颗粒物料堆积角的测量有较好的适用性,能实现对已知物理及力学参数的椭球形颗粒物料堆积角的预测,研究的结果可为农业散体非规则形籽粒堆积角的数值测量提供参考。     

秸秆类生物质原料筛分除杂试验及滚筒筛改进

为解决秸秆收获后小杂质去除问题,针对粒度在10 mm以下的玉米秸秆原料,利用样品分析筛,将原料分为9个粒度等级,之后进行热工特性测定、沉降试验。通过对不同粒度的玉米秸秆原料进行热工特性对比试验,分析灰尘等细颗粒物杂质在不同粒度原料中的比例及影响,发现粒度级别为0.2~0.33、0.2 mm这2个物料尘土质量分数超过50%,而占总质量的百分含量仅为3.39%,故提出原料的最佳筛分粒度范围为0.33 mm。优化改造筛分除杂装置,其最佳工况下的技术参数为:筛筒长1 000 mm,筛筒直径500 mm,筛筒倾斜角10°,转速34 r/min,筛网孔径0.33 mm。利用该装置,进行筛分工况确定试验、验证对比试验及经济分析,发现:使用筛网后的物料压块成型后,挥发分及热值有大幅度提升,灰分减少25.21%,大大降低了秸秆物料对成型机关键部件造成的磨损及对燃烧设备的结渣风险。其过筛后的压块成型燃料经济价值提高到563.5元/t,可提高收益6.91%。该文提出了一种适合中国生物质成型燃料大规模生产的筛分技术及配套装置,为生物质燃料清选工艺提供技术支撑,为秸秆的能源化利用提供重要参数依据。     

水葫芦颗粒燃料成型工艺优化

为了提高水葫芦颗粒燃料的成型品质,该文对水葫芦颗粒燃料的致密成型工艺进行了试验研究,分析了加工压力、温度、原料含水率和粉碎粒度与水葫芦颗粒燃料的颗粒密度和径向抗压力的关系。单因素和多因素正交试验研究结果表明:影响水葫芦颗粒燃料的颗粒密度的主次工艺参数排序为:压力粒度温度含水率;工艺参数温度、压力和粒度的对水葫芦颗粒燃料的径向抗压力的影响差别不大,而原料含水率的影响最小。水葫芦颗粒燃料的最佳工艺参数条件为:压力6 k N、温度100℃、含水率12%、粒度0.58 mm,在此最佳工艺参数条件下,水葫芦颗粒燃料的颗粒密度和径向抗压力可分别达到1 362.21 kg/m3和1.44 k N。研究结果为工业化生产高质量的水葫芦颗粒燃料提供理论依据。     

不同岩性风化物分形特征及其与渗透系数关系研究

为了探讨不同岩性风化物的结构组成和渗透性能,在野外采样和室内分析的基础上,选择小江流域9种岩性风化物作为研究对象,采用分形理论,分析了不同岩性风化物的分形特征及其与渗透系数之间的关系。结果表明:（1）岩性风化物具有显著的分形特征,分形维数值为2.567～2.833,其关系为白云岩 > 砂岩 > 第四纪沉积 > 玄武岩 > 千枚岩 > 泥质灰岩 > 粉砂岩 > 板岩 > 泥岩;（2）分形维数与 < 0.005,0.005～0.05 mm的粒径含量呈极显著正相关,与10～20,20～40,40～60 mm的粒径含量呈极显著负相关,与其他粒径含量相关性不显著;（3）多元线性回归分析发现, < 0.05 mm的粒径是决定不同岩性风化物分形维数的决定粒径;（4）分形维数与渗透系数呈显著的一次函数关系:y=-276.84x+810.66,分形维数越大,细颗粒物质越多,渗透系数越小,渗透能力越差。因此,分形维数可以作为表征不同岩性风化物粒级组成和渗透性能的参数,可以为泥石流起动发生的研究提供一定的理论依据。     

输送多组分介质的离心泵内部固液两相流特性

为了研究固液两相流离心泵输送含有多组分介质的规律,该文以一台离心式固液两相流泵作为研究对象,使用Fluent中的Eulerian多相流模型描述固液两相流动特征。首先选取了3组直径不等的单分散颗粒群作为固相,发现粒径越大,工作面的颗粒浓度越高,固相离析作用越明显。随后选取了5组直径递增的颗粒群作为固相,每组颗粒群包含两组相同的单分散颗粒群,结果表明同一台泵内两组相同的颗粒群的运动特征相同,同时两组相同的颗粒群的浓度之和、速度之和及外特性与单独输送单分散颗粒群的变化规律相似。最后选取了5组粒径不相等的两组颗粒群组合而成作为固相,大颗粒群粒径不变,小颗粒群粒径递增,结果发现不等直径双颗粒群组合与单颗粒群或者等直径双颗粒群有所区别,大小颗粒在内部流动上表现出了独立性和相互影响的现象,小颗粒群的运动特征与单分散颗粒群类似,由于小颗粒的存在使粒径均为0.7 mm的大颗粒体积分数分布发生了变化,小颗粒使大颗粒在泵内分布更加均匀,随着小颗粒群粒径增加,泵的扬程、效率和总压差先急剧上升随后缓慢下降,粒径为0.7和0.15 mm组合时扬程为80.12 m,达到最高值。该研究可为进一步研究多组分介质对泵性能的影响提供参考。     

模拟降雨下覆沙坡面侵蚀颗粒特征研究

风水交错侵蚀是风蚀水蚀交错区土壤侵蚀的主要形式,研究风水交错侵蚀对土壤颗粒的影响对于进一步研究风水交错侵蚀耦合机制及其对环境的影响有重要意义。采用人工模拟降雨试验,研究不同雨强和覆沙厚度及长度)条件下覆沙坡面侵蚀泥沙颗粒的变化特征。结果表明:不同降雨条件下侵蚀泥沙颗粒中粉粒和砂粒的含量较高,分别达到了48.86%、42.77%;坡面覆沙后,侵蚀泥沙中以粗颗粒居多,以黄土作为供试土壤,表层覆盖沙物质以后,仅有黏粒的富集率大于1;侵蚀泥沙的分形维数随着覆沙厚度和长度的增大而减小,d50则随着覆沙厚度和长度的增大而增大;覆沙厚度和长度对分形维数和d50的影响大于雨强。     

CFD-DEM方法研究下降管结构对颗粒流动的影响

为了明确不同下降管结构内陶瓷球和生物质颗粒的流动规律,对比研究了方形和圆形下降管对颗粒轴向速度、颗粒碰撞率和生物质停留时间的影响,同时考察了管径对颗粒轴向速度和生物质停留时间的影响。搭建了CFD-DEM耦合框架,并利用粒子图像测速技术对模拟进行了速度验证。试验结果表明,模拟结果与试验结果吻合良好;混合颗粒在圆管中的时均轴向速度高于方管,圆管中陶瓷球的最大轴向速度比方管大10%左右;不同管径大小下降管中的颗粒轴向速度差异主要体现在下降管的转弯处,管径60、70和80mm下降管转弯处的陶瓷球速度依次损失了37%、40%、45%左右,生物质的速度依次损失了49%、52%、54%左右;方管中生物质与壁面的接触碰撞频率更高,圆管中生物质与陶瓷球的接触碰撞频率更高,两种管中分别约为23%和39%的生物质颗粒与陶瓷球接触;陶瓷球的加入后方管和圆管中的生物质停留时间分布离散程度分别增加了10%和17%。研究结果为下降管热解装置中的颗粒流动状态分析及结构设计和优化提供了依据。     

气相温度脉动对非球形生物质颗粒焦炭燃烧的影响

将生物质颗粒与煤粉混合燃烧,可以有效地利用生物质能。生物质颗粒通常形状很不规则,有着较大的长径比,非球形特性较为明显。对于在燃烧室内运动与燃烧的生物质颗粒,气相湍流脉动是否会对非球形生物质颗粒的燃烧反应过程产生作用有待探讨。该文研究了气相温度脉动对热气流中非球形生物质颗粒瞬时焦炭燃烧的影响,给出了不同气相平均温度和颗粒长径比下生物质颗粒瞬时质量和瞬时焦炭燃烧速率随时间的变化。研究表明气相温度脉动对不同长径比的生物质颗粒的焦炭燃烧过程均有明显的影响,导致颗粒质量下降变快,焦炭燃尽时间变短。气相温度脉动幅度的增加进一步加快了不同长径比颗粒瞬时质量的下降。该文的研究揭示了气相温度的湍流脉动对非球形生物质颗粒瞬时焦炭燃烧过程的作用,这种作用并不会因为颗粒长径比的变化而发生改变。     

单颗粒表面分维数学模型构建及其应用研究——以华南地区5种土壤颗粒为例

构建了单颗粒表面分维数学模型,并以高精度数字光学显微系统为基础,测算了5种土壤颗粒样品的单颗粒表面分维,形成了一套简约的单颗粒表面分维分析方法。并且,文章首次提出表面分维"中位维"的概念,用以表征颗粒群平均表面分维的大小,并验证了将"中位维"作为颗粒群粗糙度的合理性。