玉米秸稈主要組分的氣流分離及模壓成型流變特性研究

【摘要】：我國(guó)年產(chǎn)各類農(nóng)作物秸稈約7億噸,其中玉米秸稈約占1/3左右,但其工業(yè)化利用比例較低,秸稈各組分理化特性差異大是利用的難點(diǎn)之一。若能將玉米秸稈葉、外皮和髓進(jìn)行分離,分別作為不同原料加以利用,不僅能顯著提高原料的品質(zhì)與價(jià)值,也有利于實(shí)現(xiàn)其工業(yè)化利用,從而推動(dòng)玉米秸稈的資源化利用進(jìn)程。論文在對(duì)秸稈主要組分基本特性、分離特性和壓縮特性研究的基礎(chǔ)上,對(duì)玉米秸稈主要組分的氣流分離及模壓成型流變特性進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究,主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下: (1)對(duì)秸稈主要組分的構(gòu)成及基本特性進(jìn)行了研究,得到了秸稈主要組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和體積分?jǐn)?shù)、外皮厚度、密度、纖維形態(tài)等基本特性參數(shù)及變化規(guī)律。主要組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:葉40.2%、莖稈48.9%、其它10.9%;莖稈中外皮和髓的質(zhì)量比為2.29,體積比為0.33。外皮含量隨莖稈直徑加大略有增加,髓含量則相應(yīng)減小。主要組分中,外皮纖維形態(tài)較好,其它明顯較差。這為主要組分的分離利用提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 (2)對(duì)莖稈碎料的粉碎特性和壓縮特性進(jìn)行了試驗(yàn)。得到了不同篩孔粉碎原料的粒度分布、組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、堆積密度及變化規(guī)律。提出了以組分質(zhì)量分布指數(shù)評(píng)價(jià)粉碎物料主要組分的粒度分布狀況,該指數(shù)反映了粒度分布對(duì)組分分離的影響。分析表明粒度較大的碎料有利于組分分離。對(duì)髓碎料的壓縮試驗(yàn)表明,其壓縮特點(diǎn)為初始?jí)嚎s階段較長(zhǎng),而中間階段拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值低(1.2MPa)。該特性適宜進(jìn)行大深度比的異形面產(chǎn)品模壓。 (3)對(duì)莖稈碎料的空氣動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究,制作了不同組分和不同規(guī)格的試樣,測(cè)定并分析了其懸浮速度分布范圍及相互之間的關(guān)系。在試驗(yàn)范圍內(nèi),外皮懸浮速度分布范圍為1.60～3.22 m/s;髓為0.65～2.75 m/s,葉為0.75～1.25 m/s,不同粒度的懸浮速度的相互交叉是氣流分離的主要障礙。據(jù)此,提出了臨界分離粒度和臨界懸浮速度,并分析得出了外皮不同最小粒度對(duì)應(yīng)的輕組分分離動(dòng)力曲線,為秸稈碎料的氣流分離提供了理論依據(jù)。 (4)分別研制了莖稈碎料水平和垂直氣流分離的試驗(yàn)裝置,并進(jìn)行了可行性試驗(yàn)。水平氣流分離試驗(yàn)表明,分離物料由外皮碎料區(qū)、混合區(qū)和髓碎料區(qū)組成,但混合區(qū)范圍較寬,分離率難以達(dá)到生產(chǎn)要求。垂直氣流分離能大幅度提高原料的分凈率和分離率,并實(shí)現(xiàn)了髓物料與外皮物料分別排出,表明該方法對(duì)莖稈碎料具有較好的適應(yīng)性。 (5)研制了垂直氣流分離系統(tǒng),并采用二次正交旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分離試驗(yàn)研究。優(yōu)化得到各因素的較佳組合為風(fēng)速0.85m/s、進(jìn)料量14kg/min、進(jìn)料位置0.75m;其分離效果為外皮分凈率99.21%,髓分凈率99.13%,外皮分離率98.45%,髓分離率98.67%。試驗(yàn)結(jié)果表明,該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理,工作穩(wěn)定可靠,分離效果優(yōu)異。這為秸稈主要組分的分離提供了一種穩(wěn)定可靠的工業(yè)化分離方法與設(shè)備。 (6)采用模擬試驗(yàn)和產(chǎn)品模壓試驗(yàn)的方法,對(duì)秸稈碎料典型異形面模壓流變特性進(jìn)行了研究,闡明了凹向成型和凸向成型模壓流變特性及主要因素的影響。針對(duì)異形面模壓物料充填不均勻問題,提出了一種可變下平面的模壓方法,并對(duì)其進(jìn)行了試驗(yàn)研究,弄清了其模壓流變特性。研究表明該方法能顯著改善異形面模壓時(shí)物料充填的均勻性。 (7)提出采用物料充填均勻性系數(shù)評(píng)價(jià)物料充填均勻程度,在此基礎(chǔ)上對(duì)主要模壓參數(shù)對(duì)物料充填均勻性的影響進(jìn)行了較為深入的分析。建立了充填平面高度和模壓傾角與充填均勻性系數(shù)之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)模壓傾角與斜面物料充填均勻性系數(shù)的關(guān)系符合secα曲線,當(dāng)模壓傾角大于70°時(shí)充填狀況將迅速惡化。該關(guān)系為揭示模壓傾角對(duì)模壓過程的影響提供了重要的理論依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】：玉米秸稈 主要組分 基本特性 氣流分離 模壓流變特性
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：S513
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-14
• 第一章 緒論14-28
• 1.1 秸稈資源高效利用的意義14-15
• 1.1.1 秸稈資源豐富14
• 1.1.2 可持續(xù)發(fā)展和低碳經(jīng)濟(jì)的需要14-15
• 1.2 秸稈資源利用現(xiàn)狀及主要問題15-18
• 1.2.1 秸稈資源利用現(xiàn)狀15-17
• 1.2.2 主要問題17-18
• 1.3 秸稈基本特性、分離及模壓成型特性的研究現(xiàn)狀18-26
• 1.3.1 秸稈材料特性18-19
• 1.3.2 混合物料分離19-23
• 1.3.3 模壓成型特性23-26
• 1.4 研究目標(biāo)與內(nèi)容26-28
• 1.4.1 研究目標(biāo)26
• 1.4.2 研究?jī)?nèi)容26-28
• 第二章 秸稈主要組分構(gòu)成及特性28-41
• 2.1 試驗(yàn)材料28
• 2.2 試驗(yàn)方法28-30
• 2.2.1 主要組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)及特性28-29
• 2.2.2 秸稈外皮厚度及其分布29-30
• 2.2.3 主要組分纖維形態(tài)及分布30
• 2.3 試驗(yàn)設(shè)備30
• 2.4 試驗(yàn)結(jié)果及分析30-39
• 2.4.1 玉米秸稈主要組分構(gòu)成及特點(diǎn)30
• 2.4.2 主要組分的含量、密度及分布特性30-33
• 2.4.3 主要組分的纖維形態(tài)及特性33-39
• 2.4.3.1 外皮33-36
• 2.4.3.2 葉36-37
• 2.4.3.3 苞葉37-38
• 2.4.3.4 各組分的總體特性38-39
• 2.4.3.5 與其它材料的比較39
• 2.5 本章小結(jié)39-41
• 第三章 秸稈主要組分的分離與壓縮特性41-58
• 3.1 試驗(yàn)材料41
• 3.2 試驗(yàn)設(shè)備41-42
• 3.3 試驗(yàn)方法42-45
• 3.3.1 粉碎特性42-43
• 3.3.2 懸浮特性43-45
• 3.3.3 壓縮特性45
• 3.4 試驗(yàn)結(jié)果及分析45-56
• 3.4.1 粉碎特性45-50
• 3.4.2 懸浮特性50-54
• 3.4.3 壓縮特性54-56
• 3.5 本章小結(jié)56-58
• 第四章 莖稈組分的水平氣流分離58-70
• 4.1 傾斜氣流分離原理58-59
• 4.2 試驗(yàn)材料與裝置59-60
• 4.3 試驗(yàn)方法60-61
• 4.4 試驗(yàn)結(jié)果及分析61-68
• 4.4.1 正交試驗(yàn)方案及結(jié)果的方差分析61-63
• 4.4.2 物料沉降曲線及分離狀況63-64
• 4.4.3 主要因素對(duì)分離率的影響分析64-66
• 4.4.4 主要因素對(duì)物料沉降曲線的影響66-68
• 4.4.5 綜合分析68
• 4.5 本章小結(jié)68-70
• 第五章 莖稈組分的垂直氣流分離70-83
• 5.1 垂直氣流分離原理70-71
• 5.2 試驗(yàn)材料與裝置71-72
• 5.2.1 試驗(yàn)材料71
• 5.2.2 試驗(yàn)裝置71-72
• 5.3 試驗(yàn)方法72-75
• 5.3.1 試驗(yàn)指標(biāo)及評(píng)價(jià)72-73
• 5.3.2 主要因素及水平73
• 5.3.3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及其分析73-75
• 5.3.4 試驗(yàn)實(shí)施75
• 5.4 試驗(yàn)結(jié)果及分析75-81
• 5.4.1 均勻試驗(yàn)結(jié)果75-76
• 5.4.2 試驗(yàn)指標(biāo)與試驗(yàn)因素的多元回歸分析76-78
• 5.4.3 主要因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響78-81
• 5.4.4 回歸方程的分析81
• 5.5 本章小結(jié)81-83
• 第六章 垂直氣流分離系統(tǒng)的研制及試驗(yàn)83-100
• 6.1 莖稈碎料的垂直氣流分離系統(tǒng)83-86
• 6.1.1 分離系統(tǒng)的組成83-85
• 6.1.2 工作原理及流程85-86
• 6.1.3 主要工作參數(shù)86
• 6.2 試驗(yàn)方法86-88
• 6.2.1 試驗(yàn)材料及裝置86
• 6.2.2 分離室風(fēng)速分布測(cè)定86-87
• 6.2.3 莖稈碎料分離試驗(yàn)87-88
• 6.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析88-99
• 6.3.1 分離室氣流分布狀況及分析88-90
• 6.3.2 二次正交旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果及分析90-96
• 6.3.3 主要因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響分析96-98
• 6.3.4 回歸方程的尋優(yōu)及結(jié)果驗(yàn)證98-99
• 6.4 本章小結(jié)99-100
• 第七章 秸稈碎料非均勻充填模壓成型流變特性100-115
• 7.1 試驗(yàn)原理100-101
• 7.2 試驗(yàn)材料和試驗(yàn)裝置101-103
• 7.2.1 試驗(yàn)材料101
• 7.2.2 試驗(yàn)裝置101-103
• 7.3 試驗(yàn)方法103-105
• 7.3.1 模壓成型模擬試驗(yàn)103-105
• 7.3.2 產(chǎn)品模壓成型試驗(yàn)105
• 7.4 模壓成型模擬試驗(yàn)結(jié)果及分析105-112
• 7.4.1 凹向模壓成型流變特性及影響因素105-110
• 7.4.2 凸向模壓成型流變特性及影響因素110-112
• 7.5 模壓成型試驗(yàn)結(jié)果及分析112-113
• 7.5.1 模壓成型產(chǎn)品112
• 7.5.2 厚度及密度分布112-113
• 7.6 本章結(jié)論113-115
• 第八章 秸稈碎料均勻充填模壓成型流變特性115-131
• 8.1 均勻充填模壓成型原理115-116
• 8.2 試驗(yàn)材料和試驗(yàn)裝置116-117
• 8.3 試驗(yàn)方法117-119
• 8.3.1 模壓成型模擬試驗(yàn)117-118
• 8.3.2 產(chǎn)品模壓成型試驗(yàn)118-119
• 8.4 模壓成型流變特性模擬試驗(yàn)結(jié)果及分析119-128
• 8.4.1 物料充填狀況及充填均勻性指數(shù)119
• 8.4.2 物料的流變狀況及特性119-124
• 8.4.3 伸縮平面位置的影響124
• 8.4.4 模壓傾角的影響124-127
• 8.4.5 原料充填厚度的影響127-128
• 8.5 模壓成型試驗(yàn)結(jié)果及分析128-130
• 8.5.1 模壓成型產(chǎn)品128
• 8.5.2 厚度及密度分布128-130
• 8.6 本章結(jié)論130-131
• 第九章 結(jié)論與展望131-133
• 9.1 主要研究結(jié)論131-132
• 9.2 創(chuàng)新點(diǎn)132
• 9.3 展望及建議132-133
• 參考文獻(xiàn)133-140
• 致謝140-141
• 作者簡(jiǎn)介141

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關(guān)于傾斜氣流分離谷物的理論分析    李一杰,謝立平

氣固流態(tài)化用于谷物風(fēng)選的研究    吳建章,朱永義

傾斜氣流清選裝置中物料的動(dòng)力學(xué)特性、軌跡和分離研究    李革,趙勻,俞高紅

氣固流態(tài)化技術(shù)分離小麥中輕雜的研究    吳建章,朱永義,劉秀芳

氣流清選風(fēng)車中谷物的動(dòng)力學(xué)特性和影響因素的研究    鄧春香;陶棟材;高靜萍;

玉米糝胚慣性氣流分離的計(jì)算機(jī)模擬    孫永海,趙學(xué)篤

核桃加工工藝及成套設(shè)備    楊軍;李忠新;楊忠強(qiáng);楊莉玲;劉奎;劉佳;沈曉賀;

肉的新出骨方法    吳信法;

計(jì)算模型維數(shù)對(duì)風(fēng)力機(jī)翼型氣動(dòng)性能預(yù)測(cè)的影響    李銀然;李仁年;王秀勇;李德順;

汽車催化器氣體流動(dòng)特性模擬研究    王瑛璞;李效春;

大攻角超音速無翼式導(dǎo)彈舵面法向力工程算法    劉德廣;

大跨度建筑風(fēng)場(chǎng)效應(yīng)數(shù)值預(yù)測(cè)    孫業(yè)華;徐其功;李慶祥;黃啟明;

基于計(jì)算流體力學(xué)分析的空調(diào)氣流噪音控制    王偉戈;

高轉(zhuǎn)速斜流壓氣機(jī)數(shù)值模擬    顏顏;唐宏;戚學(xué)峰;王鵬;

大跨懸挑屋蓋結(jié)構(gòu)的氣動(dòng)減振技術(shù)研究    林斌;武岳;沈世釗;

著眼未來發(fā)展需要，探索先進(jìn)氣動(dòng)布局    程昭武;齊賢德;

典型空間結(jié)構(gòu)平均風(fēng)壓分布及其繞流特性的數(shù)值模擬研究    李清雅;葉繼紅;

雙曲面屋蓋的平均風(fēng)壓特點(diǎn)    顧志福;李燕;楊樂天;

飛機(jī)抖振問題與三角翼抖振響應(yīng)計(jì)算    崔鵬;韓景龍;張兵;

電廠煙筒的剛度與質(zhì)量對(duì)風(fēng)振的影響    劉樹堂;劉喜純;李長(zhǎng)福;

廣州建封閉式垃圾自動(dòng)收集系統(tǒng)    本報(bào)記者郭薇

翼梢小翼可能增加某些飛機(jī)航程    王傳勝

萊鋼TRT轉(zhuǎn)子自動(dòng)清垢技術(shù)取得重大突破    尹剛 董曉春 李志峰

谷物分離方法    

用氣流投籃球    中國(guó)科技館 李春才

新穎高效的螺旋式翼梢小翼    余飛

玉米秸稈主要組分的氣流分離及模壓成型流變特性研究    楊中平

旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與性能研究    楊凌

縱列式直升機(jī)雙旋翼氣動(dòng)干擾特性的理論與試驗(yàn)研究    黃水林

內(nèi)埋武器艙系統(tǒng)氣動(dòng)特性研究    吳繼飛

毫米尺度下壁面粗糙度影響、微葉柵氣流分離等內(nèi)流問題研究    顧帥華

彈用超聲速進(jìn)氣道設(shè)計(jì)、數(shù)值模擬和流動(dòng)控制研究    劉曉偉

吸力面開縫吹吸附面層增大靜子氣動(dòng)負(fù)荷的數(shù)值模擬研究    鄧昌清

蕎麥剝殼后分離裝置的試驗(yàn)研究    吳英思

附面層抽吸位置對(duì)旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子影響研究    韋狄

沖壓空氣渦輪性能研究    郭濤

離心壓縮機(jī)級(jí)間加氣結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究    李佳娜

基于空氣動(dòng)力學(xué)的轎車外形設(shè)計(jì)    康全

非常規(guī)隔離段流場(chǎng)特征與氣動(dòng)性能的數(shù)值研究    王衛(wèi)星

渦流管能量分離模型及數(shù)值模擬研究    周少偉