生物質(zhì)秸稈熱特性的測定分析及DSC曲線擬合

【摘要】：生物質(zhì)秸稈是我國的寶貴資源,熱特性是秸稈能源化利用的基礎(chǔ),為了進(jìn)一步分析探討不同地域、不同種類生物質(zhì)秸稈熱特性,采集水稻、小麥和油菜三種生物質(zhì)秸稈樣品485個(gè),其中水稻317個(gè),小麥46個(gè),油菜122個(gè),測定樣品在常溫下的比熱容和導(dǎo)熱系數(shù),比較分析不同地域、不同種類生物質(zhì)秸稈的比熱容和導(dǎo)熱系數(shù),探討不同含水率、不同粒徑、不同堆積密度對其比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)的影響。另外,使用DSC200F3型差式量熱掃描儀,采用參比法測定了水稻和小麥的比熱容,對用品比熱容測定結(jié)果和DSC曲線進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和分析,并使用MATLAB對樣品的DSC曲線分別進(jìn)行高斯函數(shù)(Gaussian)、多項(xiàng)式函數(shù)(Polynomial)和有理數(shù)函數(shù)(Rationd)擬合,分別建立了水稻和小麥秸稈比熱容擬合模型,并對模型進(jìn)行了外部驗(yàn)證。主要研究結(jié)果如下： (1)比較不同地域、不同種類的生物質(zhì)秸稈的比熱容和導(dǎo)熱系數(shù),結(jié)果表明,對于水稻秸稈比熱容而言,湖北、湖南和云南的水稻秸稈比熱容之間均有極顯著差異。對于水稻秸稈導(dǎo)熱系數(shù)而言,湖北和湖南之間無明顯差異,云南省水稻秸稈的導(dǎo)熱系數(shù)與湖南和湖北的之間具有極顯著差異；對于油菜秸稈而言,湖南和四川的油菜秸稈比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)與湖北省之間有極顯著差異,湖南和四川之間無顯著差異。通過對不同種類生物質(zhì)秸稈熱特性分析比較可知,小麥秸稈和油菜秸稈比熱容之間無顯著差異,但二者都與水稻秸稈有極顯著性差異；水稻秸稈和油菜秸稈導(dǎo)熱系數(shù)之間有顯著性差異,水稻與小麥、油菜與小麥導(dǎo)熱系數(shù)之間無顯著性差異。 (2)探討了不同的含水率、粒徑以及堆積密度各個(gè)因素對導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容的影響。結(jié)果表明,在一定范圍內(nèi),隨著含水率的增大,導(dǎo)熱系數(shù)逐漸增大,含水率對小麥秸稈的導(dǎo)熱系數(shù)影響顯著,對水稻秸稈、油菜秸稈的導(dǎo)熱系數(shù)影響極顯著；比熱容呈現(xiàn)出減小的趨勢,含水率對水稻秸稈比熱容影響不顯著,對小麥秸稈比熱容有極顯著影響。使用篩網(wǎng)將水稻秸稈樣品分成5種顆粒粒徑的樣品,分別是20目、20-40目、40-60目、60-80目以及80目。隨著顆粒粒徑的減小,導(dǎo)熱系數(shù)逐漸增大,水稻秸稈樣品的比熱容先增大,在80目的時(shí)候又有所減小。方差分析結(jié)果表明,粒徑的大小對水稻秸稈的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容都有極顯著影響。隨著堆積密度的增大,水稻秸稈、小麥秸稈和油菜秸稈樣品的導(dǎo)熱系數(shù)值明顯增大,堆積密度對水稻秸稈導(dǎo)熱系數(shù)有極顯著影響,對小麥秸稈和油菜秸稈的導(dǎo)熱系數(shù)影響顯著。然而隨著堆積密度的改變,三種秸稈樣品的比熱容變化不明顯,方差分析也表明堆積密度對三種秸稈樣品的比熱容影響不顯著。 (3)利用DSC200F3型差式量熱掃描儀,采用參比法分別測定了水稻和小麥樣品在不同溫度下的比熱容,并對測定結(jié)果和DSC曲線進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析；采用高斯函數(shù)(Gaussian)、多項(xiàng)式函數(shù)(Polynomial)和有理數(shù)函數(shù)(Rationd)分別對水稻和小麥樣品的DSC曲線進(jìn)行擬合,建立了水稻秸稈和小麥秸稈比熱容擬合模型。結(jié)果表明,在30℃-200℃溫度范圍內(nèi),水稻秸稈比熱容介于0.7886J/mg.K-6.5895J/mg.K之間,小麥秸稈比熱容介于0.5831/mg.K-6.4835J/mg.K之間,溫度對比熱容有很大影響,同時(shí)受地域、品種和生長環(huán)境的影響也較大；水稻秸稈和小麥秸稈品種間的DSC曲線的變化規(guī)律及形狀基本一致,DSC曲線是近似于正態(tài)分布曲線,并有明顯的“拖尾”現(xiàn)象；水稻秸稈和小麥秸稈比熱容曲線可以采用高斯函數(shù)(Gaussian)進(jìn)行描述,水稻秸稈比熱容測試值與擬合模型預(yù)測值之間的相關(guān)系數(shù)R2為0.9986；和方差SSE和標(biāo)準(zhǔn)差RMSE值分別為0.6481和0.0454；小麥秸稈比熱容測試均值與擬合模型預(yù)測值之間的相關(guān)系數(shù)R2為0.9988；和方差SSE以及均方根誤差RMSE值分別為0.8312和0.0514,有較高的預(yù)測精度。 【關(guān)鍵詞】：生物質(zhì)秸稈 熱特性 測定分析 DSC 曲線擬合
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：S216.2
【目錄】：

• 目錄4-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 1 緒論10-16
• 1.1 研究的目的意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 國外相關(guān)研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 國內(nèi)相關(guān)研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 主要研究內(nèi)容與技術(shù)路線14-16
• 1.3.1 主要研究內(nèi)容14
• 1.3.2 技術(shù)路線14-16
• 2 生物質(zhì)秸稈熱特性的測定及其統(tǒng)計(jì)分析16-23
• 2.1 材料與方法16-18
• 2.1.1 樣品采集與制備16-17
• 2.1.2 儀器與設(shè)備17
• 2.1.3 熱特性測定與分析17-18
• 2.2 結(jié)果與分析18-22
• 2.2.1 不同地域秸稈熱特性測定結(jié)果與分析18-21
• 2.2.2 不同種類秸稈熱特性測試結(jié)果與分析21-22
• 2.3 本章小結(jié)22-23
• 3 生物質(zhì)秸稈熱特性影響因素研究23-35
• 3.1 材料與方法23-25
• 3.1.1 樣品的采集與制備23
• 3.1.2 儀器與設(shè)備23
• 3.1.3 熱特性測定與分析23-25
• 3.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析25-34
• 3.2.1 不同含水率對秸稈熱特性參數(shù)的影響25-29
• 3.2.2 不同粒徑對秸稈熱特性參數(shù)的影響29-30
• 3.2.3 不同堆積密度對秸稈熱特性參數(shù)的影響30-34
• 3.3 本章小結(jié)34-35
• 4 基于DSC的水稻、小麥秸稈比熱容分析與曲線擬合35-50
• 4.1 材料與方法35-39
• 4.1.1 樣品采集與制備35-36
• 4.1.2 儀器與設(shè)備36
• 4.1.3 測試原理與方法36-38
• 4.1.4 曲線擬合方法與評價(jià)38-39
• 4.2 結(jié)果與分析39-48
• 4.2.1 水稻與小麥秸稈比熱容測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)39-43
• 4.2.2 水稻與小麥秸稈比熱容DSC曲線分析43-44
• 4.2.3 水稻與小麥秸稈比熱容DSC曲線擬合44-48
• 4.3 本章小結(jié)48-50
• 5 結(jié)論與進(jìn)一步研究設(shè)想50-52
• 5.1 主要研究結(jié)論50-51
• 5.2 進(jìn)一步研究設(shè)想51-52
• 參考文獻(xiàn)52-56
• 致謝56

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