基于离散元法的沙柳细枝颗粒致密成型机理研究

发布时间：2020-04-26 05:13

【摘要】：沙柳作为我国西北部沙漠地区的能源植物,其细小枝条等是发展生物质成型燃料可依赖的重要原料资源,由于沙柳细枝具有贮存不便、运输成本高等缺点,该类资源大部分被直接燃烧或者浪费掉,因此,对沙柳细枝进行致密加工处理是目前首要工作。本文分析了沙柳颗粒致密成型过程中压力的传递机理和规律,详细研究了力链的演变机制,旨在进一步分析散粒体压缩过程中外载荷的传递路径,加深对沙柳颗粒致密成型过程的认识,为生物质的推广提供理论依据。本文主要针对沙柳颗粒单模孔单向受压状态下的微观力学行为和成型机理进行分析。采用适用于散体物料数值模拟的离散单元法来模拟沙柳颗粒致密成型过程,并在电子万能材料试验机上进行物料含水率、压缩速度和模具直径的成型试验,分析单因素对比能耗和成型密度的影响。将模拟结果和试验结果进行比对和假设检验,验证本文所建立的离散元模型的有效性。根据压缩力变化趋势,将整个致密过程分为松散阶段、压紧阶段和保型阶段3个过程,分析每个阶段各类型接触力的分布规律。通过各测量块内接触力数值大小,得到轴向和周向方向的力链演变过程。通过力链分布状态阐述试验样品宏观形貌特征。根据单个颗粒的运动轨迹,得出不同粒径颗粒的运动特性。通过改变不同成型过程影响参数,对比不同参数条件下的孔隙率和力链数目变化情况,得出不同因素条件对成型品质及能耗的影响。结果表明:柱塞底部与颗粒间的接触力随压入深度呈波动增长趋势,每个阶段各类型接触力分布规律未发生明显变化,呈现逐渐降低而后趋于稳定的近似规律。轴向方向强力链经历从上至下传递,经反射后均布,之后再从两端向中心传递并最终均匀分布的过程,周向方向强力链由开始时的均布演变为从边缘向中心贯穿,到最后又演变为均匀分布。密集排布的颗粒体系被挤压时强力链主要分布在成型腔的外部,说明了颗粒与模具的摩擦比颗粒间的摩擦大,验证了宏观样品的轴向凹凸不平和周向分层现象,试验样品由中心向外硬度值从93.4 HBW增大到148.1 HBW,从侧面映证了力链演变效应。压缩过程中,大粒径颗粒的运动轨迹呈准直线状,而小粒径颗粒的运动轨迹先是呈准直线状而后发生旋转。小粒径的类球状颗粒的成型效果较好,但能耗增加。采用离散元方法对沙柳颗粒致密成型过程进行模拟研究是一种行之有效的方法,同时为生物质的研究发展提供了理论依据。
【图文】：

一次能源消费,种类,比例

内蒙古科技大学硕士学位论文景是国家经济发展的基石，是人类社会生存的基础，同时也是世界资[1]。煤、石油和天然气是现阶段的主要能源。由 BP 能源统计 2017 年总能源消耗的 30.6 %，石油占 33.1 %，天然气占 25.9 %消耗中，煤炭、石油、天然气分别占 19.6 %、22.4 %、39.5 %[2以及大量燃烧后产生的气体和颗粒物是造成环境污染加剧、酸雨候变暖的直接原因。世界化石能源资源量有限，消费量逐年增加算，石油资源将在今后的 50 年到 80 年消耗殆尽，天然气资源将资源最多能维持 200 年左右的时间。

微观形貌,生物质,成型过程,机制

图 1.2 生物质成型过程中作用力的形成过程及机制料经粉碎机粉碎后填入到成型模具中，颗粒处于松散状态，，颗粒发生运动，小粒径颗粒受压后被挤入到颗粒空隙内，压力持续作用下，颗粒紧密接触，发生弹性变形，颗粒间隙加，颗粒发生塑性变形，木质素软化形成天然黏结剂，相邻增加，形成具有一定形状的成型燃料，，整个致密成型过程完粒原有结构破坏形成新的结构[33,34]。究存在的问题颗粒致密成型研究中还存在一些难题亟待解决，主要表现为成具有一定形状和密度的成型燃料过程中，颗粒的运动状态变过程也是非线性。生物质致密成型过程中，有关的理论基常见的细观颗粒体系接触力和试验样品的微观形貌特征都难
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS61

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