化石燃料作为我国主要的一次能源,具有不可再生性,在开发使用中造成了严重的环境污染和生态破坏。生物质能是一种重要的可再生能源,资源量大,分布广,其高效转化技术日益受到重视。生物质固化成型技术使松散生物质致密化,能显著提高生物质制品的性能,成为规模化利用生物质能源的一种有效途径,开展生物质固化成型技术研究对开辟能源利用新领域都有重要的意义。
首先介绍了课题研究的背景及现状,阐述生物质存在体积大,能量密度低的特点,着重对生物质的压缩特性及成型影响因素进行分析,通过进行生物质含水率的成型试验,得到了最佳含水率范围。
本文首次对生物质液压成型的压缩变形过程进行了有限元分析研究,研究中将液压成型过程分为三阶段并分别提出了在不同压缩成型阶段的成型机理。生物质成型属于非连续介质力学的研究范畴,由于其理论的不完善和局限性,将生物质视为“可压缩的连续体”来研究;分析了可压缩生物质塑性理论,运用生物质压缩成型的屈服条件,并考虑压缩成型中静水压力影响,建立起生物质成型的弹塑性本构方程。然后对生物质成型过程进行了有限元分析,采用TARGE169和CONTA172接触对恰当的处理了模具和成型材料的接触问题;合理确定了边界条件。通过有限元数值模拟分析得到了生物质的流变规律,结果表明生物质外层的流动明显滞后于中心。有限元分析结果揭示了成型中的应力应变演变过程和分布规律,对局部应力过大区域进行了分析,研究发现在成型腔锥角处存在应力集中,等效应变随相对密度的增大呈现一定的变化趋势;同时也得到了生物质成型过程的载荷变化规律。成型过程的分析研究对生物质成型工艺的选择优化具有很好的应用和参考价值。
最后,本文研究了生物质成型进入挤出保型阶段,温度参数对生物质成型的影响。采用THERMAL模块中两种加热温度,获得了生物质成型温度场的分布情况,分析后表明在250℃条件下更具有优势,温度场分布较合理,能保证成型的效果,同时降低了系统能耗。
