生物质成型装置及最优成型工艺参数研究

摘要 ................................................................................................................... I ABSTRACT ......................................................................................................... II 第1章绪论.. (1)

1.1课题研究背景和意义 (1)

1.2生物质成型简介 (2)

1.2.1 生物质成型机理 (2)

1.2.2 生物质成型机类型 (2)

1.3生物质成型技术国内外研究现状 (4)

1.3.1 成型设备国内外发展现状 (4)

1.3.2 成型模具国内外研究 (5)

1.3.3 成型工艺参数优化国内外研究概述 (5)

1.4生物质成型技术仍需解决的问题 (6)

1.5本文主要研究内容 (7)

第2章生物质液压成型机的分析及设计 (8)

2.1引言 (8)

2.2成型机总体方案确定 (8)

2.2.1 主要技术指标 (8)

2.2.2 成型方案 (8)

2.3成型机结构设计 (9)

2.4成型机液压回路设计 (11)

2.5成型机加热系统设计 (11)

2.5.1 成型过程温度场数值分析 (12)

2.5.2 成型机加热系统 (14)

2.6本章小结 (15)

第3章成型模具优化设计及有限元分析 (16)

3.1引言 (16)

3.2物料在模具中受力分析计算 (16)

3.2.1 物料宏观受力计算 (16)

3.2.2 物料应力状态推导及分析 (17)

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3.3生物质成型过程有限元分析 (22)

3.3.1 基于ABAQUS软件有限元分析模型建立 (23)

3.3.2 有限元后处理分析 (23)

3.4成型模具形状优化 (24)

3.4.1 成型模具横截面形状分析 (24)

3.4.2 成型模具轴断面形状分析 (26)

3.5成型模具结构参数优化 (27)

3.5.1 成型模具锥角影响规律分析 (27)

3.5.2 成型模具内径影响规律分析 (29)

3.6本章小结 (30)

第4章生物质压缩成型特性实验 (31)

4.1引言 (31)

4.2实验方案设计 (31)

4.2.1 成型工艺参数调节 (31)

4.2.2 正交实验设计 (34)

4.3木屑压缩特性实验及结果分析 (35)

4.3.1 正交实验结果 (35)

4.3.2 实验结果方差分析 (37)

4.4秸秆压缩特性实验及结果分析 (39)

4.4.1 正交实验结果 (39)

4.4.2 实验结果方差分析 (42)

4.5本章小结 (44)

第5章生物质成型过程建模及优化 (45)

5.1引言 (45)

5.2最小二乘支持向量机简介 (45)

5.3生物质成型过程建模 (47)

5.3.1 建模用实验数据 (48)

5.3.2 基于最小二乘回归算法建模 (50)

5.3.3 基于最小二乘支持向量机算法建模 (51)

5.3.4 成型过程模型性能分析 (54)

5.4基于模型的工艺参数影响规律研究 (56)

5.5生物质成型过程工艺参数优化 (58)

5.5.1 成型过程优化方案 (58)

-V-

5.5.2 木屑生物质成型过程参数优化 (59)

5.5.3 秸秆生物质成型过程参数优化 (60)

5.6本章小结 (60)

结论 (61)

参考文献 (62)

攻读学位期间发表的学术论文 (67)

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用授权说明 (68)

致谢 (69)

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哈尔滨工业大学工程硕士学位论文

第1章绪论

1.1 课题研究背景和意义

21世纪以后，伴随着经济的迅速增长，各国对能源的消耗急剧上升，而化石能源的开采量增长速度并不乐观，能源危机日渐严重[1]。通过查阅资料发现，传统能源的开采量将在五十年内迅速下降[2]。能源供应通道的阻塞必将影响世界经济的进一步发展甚至引发经济危机。为了避免这一现象的继续演变以致产生不可逆的影响，应该积极寻求新型能源以缓解当前能源危机。然而农作物秸秆等生物质原料目前被大量废弃，对农作物秸秆的合理利用，是缓解当前能源危机的不错选择[3,4,5,6]。

中国农业产量逐步上升，农业废弃物产量也逐年以较快速度增大。然而，由于缺乏高效的处理技术，农业废弃物的价值并未得到充分的开发。大量秸秆被废弃甚至用火烧而销毁于田地之中。这不仅会造成环境的严重污染，危害人体健康[7]。而且秸秆焚烧，极易引燃周围的易燃物，易造成火灾事故。

表1-1几种燃料的能量密度对比

燃料密度含水率(%) 质量热值(kJ/g) 体积热值(kJ/cm3)

生物质0.59 9 17.5 11.1 生物质成型块燃料 1.23 9 17.5 26.2

煤 1.11 - 27.8 35.8

汽油0.69 0 43.2 31.2

对农作物废弃物进行合理转化及利用，既可以解决秸秆焚烧导致的环境问题及安全问题，又可以缓解当前能源危机。而且生物质能源比传统能源更加经济、绿色，还具有可再生、可降低温室气体排放等优点[8]。然而，秸秆类生物质堆积密度只有80~100kg/m3，过低的堆积密度严重制约了生物质的运输、储存和应用[9]。虽然生物质的质量能量密度与煤相比并不是很低，但是生物质堆积密度过低导致生物质体积能量密度比很低。生物质的分子密度可以达到1.5g/cm3,这是生物质成型燃料密度的理论上限。通过致密成型减小生物质颗粒之间的间距并使其发生塑性变形，这构成了生物质致密成型的基础。表1-1给出了生物质产品及主要燃料能量密度对比。从表中可知，经压缩后生物质能

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