水份对沙生灌木颗粒致密成型影响的研究

作     者：于今 

作者单位：内蒙古科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李震

授予年度：2021年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：沙柳 致密成型 离散元 含水率 能量演化特征 

摘      要：随着中国的能源消费量日益增长,加快推进新能源产业的发展刻不容缓。生物质能作为可再生新能源,将正式成为取代化石能源的重要选项。沙柳作为我国北方地区防风固沙的首选树种之一,具有热值高、平茬复壮等特征,其枝条等已成为发展生物质成型燃料的重要原料资源,故研究沙柳致密成型技术具有重要的现实意义。本文在离散元法基础上,为了方便非连续介质力学问题的处理,使颗粒不受变形量的限制,达到揭示沙柳致密成型过程中颗粒间断裂和粘结中水份作用的目的,采用软件PFC3D建立模型,在温度为100℃、压力100～180kN的条件下,做了单因素的压力压缩仿真实验以及三组(A组、B组、C组)不同含水率的压缩仿真实验,主要研究了颗粒运动、力链演变机制以及能量变化规律,并参照模拟的结果进行分析,结果表明:(1)压力对沙柳颗粒致密成型的影响:颗粒的速度和位移主要影响因素是压力,从速度和位移的变化可以分析出力的走向。(2)水份对沙柳颗粒致密成型的影响:能有效增强模型的抗压强度峰值,增强力链的强度,防止一些弱力链被破坏后形成裂隙,从而减少了裂隙的数量;能使颗粒得到充分的延展,并软化木质素使其起到粘结剂的作用;能够减少边界能损耗;能充当润滑剂,有效减少颗粒间的摩擦以及能量损耗;能够在颗粒表面产生足够大的毛细力,减小颗粒受到多余的应力作用。(3)沙柳颗粒致密成型过程中的能量演化特征:对于整个能量体系而言,动能占比很小,动能变化与颗粒间的间隙和压力有关,与整体颗粒的应变呈线性关系。随着应变量逐渐增长,粘结能增长趋势放缓,其它能量所站的比重逐渐增加,比如摩擦能、热能等耗散能。在抗压峰值强度前,能量以粘结能为主的聚集和其它能量的释放(例如:热能、动能等);在抗压峰值强度后,沙柳模型内部结构发生根本性的变化,粘结能在边界能中所占的比重逐渐降低,耗散的能量开始增加。为了减少能量的损耗,应把应变值控制在一个较小的范围内。利用颗粒流离散元法对沙柳致密成型进行仿真为生物质研究提供了一种新思路,对实际的沙柳致密成型生产提供一定的指导作用。