基于尺度效应和碎裂损伤效应协同的褐煤脱水过程复合能量场耦合机制
批准号:
52074287
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
苗真勇
依托单位:
学科分类:
矿物工程与物质分离
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
苗真勇
中文摘要
褐煤高含水限制了其直接利用,而现有褐煤干燥技术存在能耗高这一突出问题,原因在于现有干燥技术形式单一、强度固定的特性与高效干燥过程对复合能量场非线性输入需求之间存在矛盾,因此构建复合能量场非线性干燥过程成为突破褐煤高效干燥技术瓶颈的关键。本项目拟以低能耗驱动下褐煤干燥尺度效应与碎裂损伤效应协同关系为复合能量场耦合基础,以褐煤干燥过程的应力响应-应力叠加-床层演变-效应协同-能量耦合为思路开展科学研究。拟探明复合能量场下褐煤结构的应力动态响应与叠加效应,阐明复杂内外应力场下褐煤多元异质结构损伤碎裂行为及演变规律,揭示复合物理场下褐煤颗粒群尺寸时空演变规律与热质传递行为;明晰褐煤干燥尺度效应和碎裂损伤效应的协同关系,建立温度场-扩散场-应力场耦合本构模型;探究热-微波-机械能量场耦合作用与过程调控机制,构建复合能量场褐煤非线性干燥过程和技术原型,为突破褐煤大规模高效干燥的技术瓶颈提供理论基础。
英文摘要
The direct utilization of lignite is seriously limited by its high moisture content, and high-efficient drying method is becoming the key to the utilization of lignite. Due to the contradiction between the requirement of non-linear input of multi-energy fields and the intensity of fixed energy field with single form in lignite drying, the construction of non-linear drying process of multi-energy fields is the key to breaking through the bottleneck of high-efficient drying process. In this project, the synergy between scale effect and fragmentation effect of lignite drying driven by low energy consumption is considered as the coupling mechanism of multiple energy fields, and the scientific research will be carried out based on the idea of stress response, stress superposition, drying bed evolution, synergistic effect, and energy coupling in lignite drying under multi-energy fields. The major contents will be involved in dynamic stress response and superposition effect of lignite structure under multi-energy fields, the evolution of damage and fragmentation of lignite under internal and external stress fields, temporal and spatial evolution of particle size and the behavior of unsteady heat and mass transfer in lignite under multi-physical fields. In addition, it is essential to study the synergistic relationship between scale and fragmentation effect in lignite drying, so as to build a coupled constitutive model of temperature field, diffusion field and stress field. Finally, based on the coupling effect of thermal, microwave, and mechanical energy fields and process control mechanism, the non-linear drying process of lignite in multi-energy fields is going to be constructed, which can provide theoretical basis for the breakthrough of the technical bottleneck of large-scale and efficient drying of lignite.
褐煤高含水限制了其直接利用,而现有褐煤干燥技术存在能耗高这一突出问题,原因在于褐煤干燥过程对能量非线性输入的需求与现有干燥技术形式单一、强度固定的特性之间存在矛盾,因此构建复合能量场非线性干燥过程成为突破褐煤高效干燥技术瓶颈的关键。本项目研究了热风能量场中褐煤宏观结构损伤的微观破坏机制。干燥过程中毛细力和高压蒸汽对大孔和介孔造成了严重损伤,毛细力对微孔的破坏更为严重;大孔坍塌是导致褐煤干缩的主因。考察了热风场中褐煤颗粒群干燥的非线性能量消耗结构。蒸发效率和蒸发㶲效率在干燥前期增加缓慢,分别耗时20和40min才达到10%和3%左右,干燥前期热风场对褐煤加热强度不足造成系统㶲能的使用率偏低。分析了热风-微波二元能量场中热量的叠加效应。热风-微波能量场中褐煤的平均干燥速率最大可提高约24倍。引入微波场后,水分蒸发能耗占比由热风场的2%提高到了15%。在热风-微波能量场中,床层温度快速升高,但床层内部两侧的温度显著高于中部区域。获得了振动场中褐煤颗粒运动轨迹及颗粒群空间空隙分布特征。振动频率分别与颗粒平均高度和平均运动速率呈现y=1.073x-8.03和y=10.27x+78.64的线性关系。振动频率为40Hz时,颗粒床层表现出最佳的空隙结构稳定性和均匀性,松散系数最大且固含率最低。构建了热风-微波-振动三元复合能量场干燥总能耗模型,探究了复合能量场的耦合作用与过程调控机制。该系统可将蒸发效率与蒸发㶲效率由热风场的10%和3%左右大幅提升至约40%和28%;平均干燥速率和平均蒸发㶲效率与微波时长关联度最高,比能耗和不可逆能耗损失率与振动时长关联度最高。以干燥速率与系统能耗为目标函数,基于多目标参数优化确定了各物理场最佳耦合参数为热风温度91.82℃、微波功率473.79W、微波时长35min、振动时间60min。本成果以复合能量场中热湿传递特征与粒群动态演化行为为基础,统筹优化各能量场的施加策略,建立了以低能耗和快速干燥为关联平衡点的多能量场耦合利用过程,为突破褐煤大规模高效干燥的技术瓶颈提供理论支撑。
亚临界水热体系褐煤含锗分子化学选择性解构与定向迁移机制
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:54万元
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批准年份:2022
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负责人:苗真勇
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依托单位:
干燥过程中褐煤非均质多孔液固结构应力响应与碎裂损伤机制
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批准号:51774285
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2017
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负责人:苗真勇
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依托单位:
低能耗驱动的褐煤脱水过程双尺度热质传递机制及能量梯级优化
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批准号:51574239
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项目类别:面上项目
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资助金额:63.0万元
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批准年份:2015
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负责人:苗真勇
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依托单位:
基于量子/分子力学的褐煤脱水能量分析的基础研究
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批准号:51104159
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2011
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负责人:苗真勇
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依托单位:
国内基金
海外基金