生物质颗粒燃烧器燃料适应性试验

为深入研究生物质颗粒燃料的燃烧特性,探讨自动燃烧器的燃料适应性,该文基于PB-20型生物质颗粒燃烧器,选择了5种灰分小于25%(空气干燥基)的颗粒燃料,分别研究了燃烧工况中进料量和空气量对燃烧性能的影响。试验结果表明灰分含量大于20%的颗粒燃料燃烧不充分,工况不稳定,效率低,结渣大,易熄火,不适用于此类生物质颗粒燃烧器;灰分含量为12.40%的颗粒燃料推荐参数为进料量4 kg/h,风机转速2 600~2 800 r/min,清渣速度为3 r/min,转5 s/停35 s;灰分在7.21%的颗粒燃料推荐控制参数为进料量3~4 kg/h,风机转速2 600~2 800 r/min,清渣速度相对应为3 r/min,转5 s/停60~55 s;灰分值低于1%的颗粒燃料均以进料量3~4 kg/h,风机转速2 600~2 800 r/min,不需清渣为推荐参数。该研究总结了生物质颗粒燃烧器的燃料适用控制参数,为燃烧器的推广应用提供了数据支持。     

不同进料方式燃烧器对生物质燃料颗粒物排放特性的影响

为摸清不同进料方式的燃烧器对生物质成型燃料燃烧后颗粒物排放的影响,该文对上进料式(A型)、水平进料式(B型)和下进料式(C型)等3种类型的燃烧器进行燃烧颗粒排放试验,采用低压电子冲击仪对玉米秸秆、棉秆、木质3种成型燃料燃烧后颗粒物排放开展数量浓度和质量浓度研究,并计算出每种燃料在3种燃烧器中每秒排放的颗粒物数量和质量分布。试验结果表明:3种燃烧器中的颗粒物质量分布都成双峰分布,主要集中在5~7级和12级,占总颗粒物质量的90%;木质和棉杆燃料在A型燃烧器中的颗粒物质量排放最少,玉米秸秆燃料在B型中颗粒物质量最少。3种燃烧器中的颗粒物数量分布都成单峰分布玉米秸秆和木质在B型燃烧器上的颗粒物数量主要集中在1~5级,在A型和C型燃烧器上颗粒物数量主要集中在3~6级;棉杆在C型燃烧器上集中在1~5级,在A型和B型燃烧器上颗粒物数量主要集中在3~6级。3种燃烧器对颗粒物质量的分布影响不大。根据试验结果,建议不同的燃料匹配不同的燃烧器。从颗粒物排放总量角度,玉米秸秆应该匹配B型燃烧器,棉杆和木质燃料应该匹配A型燃烧器。从PM2.5所占比例得出,玉米秸秆燃料应匹配C型燃烧器,棉杆匹配B型燃烧器,木质匹配A型燃烧器。并建议生物质成型燃料燃烧器结构应具有以下特点:进料连续平稳;带有主动清渣装置并且清渣波动小;鼓风配风,保证过量空气系数高。研究结果为中国生物质固体成型燃料的颗粒物排放法规的制定提供参考。     

典型生物质颗粒燃料燃烧特性试验

为研究生物质颗粒燃料的燃烧特性及污染物排放特性,该文以国外引进的生物质颗粒燃料燃烧器为试验装置,选择了8种典型的生物质颗粒燃料进行试验研究。试验结果表明,挥发份含量越高,含水率越低,生物质颗粒燃料所需的点火时间越短,SO2、NOx等污染物排放质量浓度远低于国家标准,但存在着部分生物质颗粒燃料灰分含量过大、结渣严重等问题。对大多数颗粒燃料来说,软化温度越高,结渣率越低,当软化温度超过1 389℃时,不会发生结渣;Si元素、碱金属元素含量越高,越容易结渣,碱土金属元素含量越高,越抗结渣。玉米秸中Si的质量分数为27.70%,底灰结渣率达到48.84%,落叶松中Si的质量分数仅为9.76%,不结渣;使用添加剂后,玉米秸的底灰结渣率降低了22.77%。这将为设计适合中国国情的生物质颗粒燃料燃烧设备及改善燃料的燃烧性能提供依据。     

生物质固体成型燃料燃烧颗粒物的数量和质量分布特性

针对中国生物质固体成型燃料燃烧过程中排放的颗粒物粒径分布不清、燃烧功率和空气量对颗粒物分布影响不明等问题,该文在生物质燃烧试验平台上,采用低压电子冲击仪（electrical low pressure impactor）设备,对玉米秸秆、棉杆、木质等3种固体生物质成型燃料分别开展了燃烧颗粒排放研究,重点研究了3种生物质成型燃料在不同功率下和不同空气量下的颗粒物的数量和质量分布。试验结果表明,3种燃料的颗粒物的数量峰值主要集中在4~7四级,占颗粒物总数量的70%以上;颗粒物质量峰值在7级和12级,占颗粒物总质量的50%以上。随着功率增加,颗粒物排放量先减小后增大,大粒径颗粒物增多,在14kW时颗粒物排放最少。随着空气量的增加,分布趋势不变,颗粒物总量减少。该研究为中国生物质固体成型燃料的颗粒物排放法规的制定提供参考。     

生物质颗粒燃料炊事炉的性能

生物质颗粒燃料作为一种清洁燃料,需要设计能使其高效、清洁燃烧的特殊炉具。该文介绍了3种生物质颗粒燃料炊事炉原始样炉的热效率、燃烧特性、烟气中污染物浓度等测量结果。试验过程中以玉米秸秆颗粒为生物质颗粒燃料,并参照国家标准GB4363－1984《民用柴炉、柴灶热性能测试方法》,采用烧水试验方法。试验结果显示：这3种炊事炉都可以清洁地燃烧用农业、林业固体剩余物制成的颗粒燃料;其中带有微型风机供风的炊事炉根据试验结果改进后的产品炉的热性能和大气污染物排放水平均满足北京市地方标准DB11/T 540－2008 《户用生物质炉具通用技术条件》规定的指标和限值。     

影响秸秆固化成型燃料点火过程的因素分析

以LLA-6型户用生物质炉具为试验装置,分别考察了4种引火助燃剂、2种不同形状的烟筒及3种烟筒高度、点火助燃罩及其上方所铺放成型燃料厚度等因素对点火过程的影响。结果表明,助燃剂JC15和CJ51点火引燃效果最好,1.5 m高的锥形烟筒所用点火时间为普通圆柱形烟筒的51.3%;点火助燃罩上方的成型燃料厚度在0.5～3 cm之间时都能保证正常点火;不用点火助燃罩时,成型燃料摆放形状对点火过程有较大影响;7种摆放形状中窝形摆放点火效果最好。该研究为解决秸秆固化成型燃料在实际推广过程中普遍遇到的点火难问题提供了依据,为我国生物质固化成型燃料大规模推广指明了途径。     

火花点火生物质气发动机性能研究

利用农林废弃物可控热裂解产生的生物质气,经除尘、除焦油及冷却处理后作为火花点火生物质气发动机的燃料,对发动机的性能进行试验研究.通过测试发动机的转速波动、燃气消耗率和有害排放物,分析发动机的动力性、经济性、运转稳定性和排放性.试验数据表明:发动机怠速运转稳定;较大的功率范围内具有较低且平坦的气耗率曲线;全负荷范围内的转速波动率满足并网发电的需要;发动机的HC、CO和NOx的排放水平较低;燃烧过程中无焦油沉积现象.因此,农林废弃物可控热裂解产生的生物质气,可以作为火花点火发动机的代用燃料.     

行星轮式内外锥辊固体燃料平模成型机研制与试验

中国热带农业区作物剩余物多为香蕉秸秆、椰壳以及甘蔗叶,目前以其为混合原料的固体成型设备研究较少,因此该文设计了一种行星轮式内外锥辊固体燃料平模成型机,描述了该机进料装置、辊压装置以及成型装置等主要部件结构,并对辊压装置进行了运动和受力分析,确定了其关键参数。研制样机并进行性能试验,试验结果表明:该机在电动机功率为45 k W、锥辊公转转速为190 r/min、锥辊自转转速为543 r/min、配套喂料输送装置功率为3 k W时,生产率为850 kg/h、颗粒燃料成型率为96.5%、质量密度为1.25 g/cm3、成型后含水率为2.82%、机械耐久性为96.74%,符合生物质颗粒燃料成型要求。整机工作过程中噪音低,经济效益与生态效益明显,为中国热带地区固体燃料成型机的发展与推广提供了参考。     

BCT-1型生物质燃气燃烧器的研制

该文介绍了生物质燃气的基本燃烧特性，并给出了BCT-1型生物质燃气燃烧器的基本结构。BCT-1型生物质燃气燃烧器采用鼓风扩散式燃烧，使用柴油作为点火介质，燃烧过程实现自动控制。该燃烧器适用于多种生物质气化燃气，试验表明燃烧器在稳定工作条件下燃烧效率为98％，烟气CO含量小于1×10^-6，各项性能指标达到燃气燃烧器的基本要求。     

生物质颗粒燃料储藏理化特性变化规律

为分析生物质颗粒燃料在北方气候下是否可以长期储藏,以及不同储藏方式对颗粒燃料理化特性的影响规律,2011年3月至8月期间,针对北京地区气候,对玉米秸秆和木质2种颗粒燃料,以袋装、半封闭、露天3种储藏方式开展储藏试验。试验结果表明,2种颗粒在3种储存方式下机械耐久性都保持在94.46%以上,生物质颗粒燃料未出现发霉现象,全水分和堆积密度变化规律受气候变化规律相吻合。其中玉米颗粒和木质颗粒的露天状态储存时全水分极差（2.42%和2.55%）和颗粒密度极差最大（0.12 t/m3和1.297 t/m3）。灰分和挥发份保持则稳定状态初始状态。这为生物质颗粒燃料的安全储存提供理论依据。     

冲击式速冻设备上下送风速度对虾仁冻结过程的影响

随着人们对速冻食品品质的要求不断提高,商家对食品速冻技术的要求也在不断提高,冲击式速冻技术作为目前先进的速冻技术之一成为研究热点。但由于其高速射流冲击导致的内部换热区流场的不均匀会造成设备换热效率差,能效比低等问题。为找到使得设备换热区流场最优的送风速度,该文以明虾虾仁为研究对象,利用数值模拟结合试验验证的方法研究了冲击式速冻设备中上下送风速度对虾仁冻结过程的影响,分为上下两侧风速保持一致且同时改变;上侧送风速度为15 m/s、下侧为0~15 m/s;以及下侧送风速度为15 m/s、上侧为0~15 m/s 3个试验组进行研究。研究结果为:当冲击式速冻设备两侧送风速度保持一致时,随着风速的增大,虾仁冻结时长缩短但减小幅度也会不断减小;当上下两侧送风速度大小相差悬殊时,两股冲击射流相对冲击会在低速侧形成促进虾仁表面流场流动的涡流,提高换热效率,减小虾仁冻结时长;当上下两侧送风速度大小相差不大时,两股冲击射流相对冲击会在虾仁表面形成流速较低的射流"真空区",降低虾仁换热效率,增大虾仁冻结时长;在试验的两侧送风速度范围内,当上侧送风速度为15 m/s,下侧送风速度为2 m/s时,虾仁对流换热强度最大,冻结时长最短。     

生物质能-太阳能互补供热系统优化设计

为了提高生物质能-太阳能互补供热系统的经济效益,该文从经济性角度对系统的主要参数进行优化设计,提出了一种生物质能-太阳能互补供热系统设计方案,建立了系统的经济分析模型,并采用线性规划的方法进行优化,并以北京地区一供热面积为200m2的办公楼为例进行了优化。结果表明,建立的经济分析模型可用,其中,太阳能集热器的价格、生物质颗粒燃料的价格、蓄热水箱的价格、生物质颗粒燃烧器的价格对系统中各部分参数的优化结果有影响,且影响程度依次降低。这可为今后生物质能-太阳能互补供热系统的设计提供参考。     

低矮果园自走式风送喷雾机研制与试验

针对传统果园株行距普遍偏小、树冠交叉、大型植保机具入园作业困难等特点,该文研制了一种适于低矮果园的自走式风送喷雾机。该机各工作部件独立控制,利用设置在发动机飞轮上的分动箱把动力传递给轴流风机、隔膜泵、液压装置、行走系统等工作部件;风送装置流道型式为R+S级,叶轮直径0.6 m,叶片数为9,后导叶叶片数为11,宽度为0.1 m。通过室内试验和样机田间试验分别测试了风机性能特性和树冠中的雾滴覆盖率及沉积密度,结果表明,风机转速在1 400 r/min时风量为2.7 m3/s,全压效率值为82%,满足风送作业要求;风机转速1 600 r/min时全压效率最高,达到86%;树冠内部枝叶正反面雾滴覆盖率分别为58.76%、19.60%,树冠外层枝叶正反面雾滴覆盖率分别为与69.35%、32.66%,树冠内部枝叶正反面沉积密度为115、79个/cm2,树冠外层枝叶正反面沉积密度为105、96个/cm2,满足病虫害防治雾滴沉积密度要求20个/ cm2;作业效率为0.91 hm2/h。     

油菜精量直播机气力式排种系统稳压控制方法与试验

针对气力式油菜精量联合直播机因拖拉机后输出轴转速变化影响气力系统中风机工作转速,导致排种器工作气压波动,进而降低排种性能的问题,提出一种基于溢流释压的气力系统稳压控制方法,即通过测试风机实际转速变化情况、风机转速与气力系统气压关系,确定溢流阀预设气压值,根据该预设值计算溢流阀的释压弹簧结构参数和工作参数,并通过流量-压力理论分析和稳压控制性能试验验证参数有效性。以2BFQ-6型油菜精量联合直播机气力系统为对象,利用该方法开展稳压控制试验:通过田间测试确定播种机组在田间稳定作业时风机工作转速变异系数达8.15%,结合测定的气力系统风机转速与气压关系,确定风机实际工作转速应在2 020~2 620 r/min范围内,正负气压阀溢流稳压控制预设值分别为1 000和-5 500 Pa;通过溢流释压阀结构及释压特性分析,确定采用中径30 mm、节距10 mm、有效圈数8圈、线径为1.0、1.5 mm的碳素钢丝圆柱螺旋弹簧作为正、负压释压阀的释压弹簧,其弹簧调节螺栓预压缩量分别为6.7和7.8 mm;稳压控制验证试验表明设计的稳压控制系统将排种器气室正压、负压偏差率分别降低45%和110%,使气室气压保持在适宜范围内,气压控制响应灵敏性及稳定性均满足要求;当风机工作转速在2 000~2 700 r/min范围内变化时,排种器的排种量变异系数减小2.68%,提高了排种稳定性。研究表明提出的溢流释压稳压控制方法可有效解决油菜直播机田间作业时排种器工作气压波动大、排种量稳定性差的现实问题,可为播种机设计、气力式排种系统性能优化提供参考。     

手持式风送授粉机研制与试验

针对中国果树授粉大多采用人工点授、蜜蜂授粉等作业方式,迫切需要机械授粉机具的现状,研制了手持式风送授粉机。该机采用可变速的直流电机驱动离心风机,依照流体力学射流原理,计算授粉出口风速并设计了离心风机,叶片型式采用径向直板叶片,叶轮型式为平前盘,叶轮直径38 mm,叶片数为6,叶片宽度为18 mm。通过室内试验和样机田间试验分别测试了风机性能特性和气流速度对花粉分布的影响及猕猴桃柱头处的花粉覆盖率,试验结果表明:风机转速在8 000 r/min时风量为3.0×10-3 m3/s,满足风送授粉作业要求,风机转速9 000 r/min时全压效率较高,达到43%;花粉分布受风速影响较大,花粉竖直分布量以及喷粉量与出口风速成正比,且水平分布、竖直分布峰值随着风速的增加而后移,竖直分布峰值在距出口一定距离内保持稳定,显示花粉在一定速度的定向气流中能保持较好的直线传播;随着出口风速的增加,柱头处花粉覆盖率提高,当出口风速达到19.5 m/s时,花朵柱头平均有57.66%的花粉覆盖率。研究结果可为进一步研究风送授粉机的结构设计和作业参数优化提供依据。     

进风位置对纵向通风叠层鸡舍气流和温度影响CFD模拟

为提高鸡舍夏季通风效率,改善舍内环境条件,该文通过计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)模拟分别探究了进风口内侧加设导流板及不加设导流板时,进风位置对叠层笼养鸡舍舍内及笼内气流、温度及分布的影响。鸡舍模型通过现场试验进行验证。结果表明:在进风口内侧不加设导流板时,近进风口区域(距首个笼17.5 m之内鸡笼区域)笼内平均风速随着进风位置与鸡笼间距离增加而增大,最大增幅为0.54m/s。而当进风口内侧加设导流板时,不同进风位置时对笼内平均风速相对差异小于10%。同时,随着进风位置与鸡笼间距离增加,近进风口处笼内气流分布均匀性增加,笼内温度呈降低趋势且其分布趋于均匀。但进风位置对笼内环境影响范围有限,文中研究显示,进风位置对气流速度的影响范围为距首个笼27 m之内笼内区域,对气流分布均匀性的影响范围为距首个笼45 m之内笼内区域,对温度分布的影响范围为距首个笼18 m之内笼内区域。研究表明,在叠层鸡舍夏季通风系统进风位置设计中,应尽量设计在山墙,及保证进风口与鸡笼区域无重合,使得进风气流充分发展后进入鸡笼,有助于减少笼内通风弱区及涡流区域。     

甲醇/柴油双燃料发动机燃烧过程分析

为了防止某些工况下爆震的发生,该文在不改变4B26增压柴油机结构的前提下,采用进气甲醇电控喷射,实现甲醇/柴油双燃料燃烧,分析了进气预混掺烧甲醇/柴油双燃料发动机的燃烧过程。试验结果表明,低负荷时随着甲醇掺烧比例的增大,最大爆发压力、缸内平均温度和放热率峰值略有降低,燃烧始点推迟,燃烧持续期变化不明显;高负荷时,随着甲醇掺烧比例的增大,滞燃期缩短,燃烧终点提前,定容放热比例增大,最大爆发压力和放热率峰值明显增加,缸内平均温度略有升高;与燃烧柴油相比,在最大扭矩转速、80%负荷时,掺烧50%甲醇的最大爆发压力增加了12.1%,放热率峰值增加了37.7%。研究结果确定了不同负荷的甲醇掺烧比例变化范围,为甲醇喷射控制策略的优化提供了依据。     

远射程风送式喷雾机气流场分布及喷雾特性试验

由于远射程风送式喷雾机的空间风场及喷雾特性尚未明确,该文利用风速测量定位网架,进行了远射程风送式喷雾机空间风场特性试验和喷幅试验。试验结果发现,远射程风送式喷雾机轴心上的纵向时均风速随采样点距喷嘴距离的增加而衰减,两者呈负对数关系,这一特征符合淹没射流的流速变化规律;远射程风送式喷雾机轴心方向同一采样点上的风速与风机供电频率之间呈线性正相关,决定系数最低为0.609 1;远射程风送式喷雾机的水平喷幅关于喷筒轴心方向左右对称;而垂直喷幅在喷筒轴心方向的上下方呈现为不对称;远射程风送式喷雾远射程风送式喷雾机的送风量及出风口气流的时均风速均与风机供电电源的频率成正比;采用纸卡法测量了喷雾机的水平作业幅宽,该试验样机的水平作业幅宽为22 m。卷吸引起的伯努利效应和附壁效应是形成垂直喷幅不对称的重要原因,采用喷筒仰角喷雾可消除此效应。研究结果为远射程风送式喷雾机的生产和使用提供理论基础与参考。     

蒸发式过冷水制冰液滴蒸发结晶的模拟

蒸发式过冷水制冰系统中液滴传热传质特性研究具有重要意义。为了分析蒸发式过冷水制冰系统中液滴的热质传输特性,该文将单个液滴冷却结晶过程分为全液相区、固-液两相区和全固相区3个不同区域,建立液滴在大空间内蒸发降温结晶过程的数学模型,通过数值求解方法研究其在大空间蒸发室内降温结晶过程的温度变化特性,进一步分析液滴和空气的入口参数与液滴整个蒸发结晶特性的关系,为蒸发式过冷水制冰系统的结构优化设计和运行管理提供参考依据。     

基于温度和速度均匀性的侧送风烘房设计及仿真

为提高农业机械零部件烘房温度均匀性,该研究设计并优化送风参数,分析其对速度场、温度场的影响。首先,通过理论分析和计算流体力学(Computational Fluid Dynamics)相结合的方法,对所设计的农机零部件烘房速度场、温度场进行数值模拟,得到烘房内速度、温度分布规律。进一步分析各送风参数对速度均匀性、温度均匀性的影响。结果表明:单侧送风回风方式优于双侧送风回风;送风口数量为8时,温度、速度均匀性较好;送风角度15°时,速度、温度均匀性较好。试验数值和模拟数值误差较小,温度误差小于1.68%,风速误差小于1.1 m/s,仿真结果可靠有效。所设计的农机零部件烘房工作稳定可靠,温度不均匀系数低于6%,满足设计要求。该研究可为农机零部件烘房结构设计及参数选取提供理论依据。