热风对流条件下典型城市生活垃圾基元湿分迁移过程动力学特性研究

摘要

城市生活垃圾水分含量高，其湿分迁移特性对整个垃圾焚烧过程有重要影响，基于垃圾是一种具有含湿多孔介质特性的燃料，因此垃圾的热、质传递是研究干燥过程的热点问题之一。本文主要对热风对流条件下典型城市生活垃圾基元湿分迁移过程的动力学特性进行了实验和模拟研究。本文完成了以下几方面的工作。
　　 自行设计并搭建一个热风对流干燥实验台，用VB语言编写温度和质量实验数据的采集程序。利用该实验台进行垃圾基元湿分迁移特性实验研究，得到了温度、风速、垃圾基元种类和几何尺寸等因素对热风对流条件下典型城市生活垃圾基元湿分迁移特性的影响规律。在湿分迁移初始阶段，外部因素(热风温度、热风风速)起主导作用，在降速阶段，内部因素(基元种类、尺寸)起主导作用。
　　 基于能量守恒定律和Fick定律，使用C语言编程对垃圾基元在热风对流条件下湿分迁移特性进行了数值模拟，得到所选垃圾基元的温湿度分布图、边界点和中心点含湿量、不同时刻含湿量分布图等湿分迁移特性曲线。模拟值与实验值吻合较好。并通过模拟与实验的对照分析，得到了热风对流条件下典型的城市垃圾基元湿分迁移过程的动力学参数。垃圾基元的有效湿分扩散系数值为2.1×10-8～1.2×10-7m2/s。研究发现温度对垃圾基元湿分迁移过程有效湿分扩散系数的影响均可以用Arrhenius方程描述。本文研究的典型的城市生活垃圾基元中温湿分迁移表观活化能为10～20kJ/mol，典型垃圾基元湿分迁移过程所需表观活化能较小，可以在较低的温度下进行干燥。
　　 本文的研究成果对进一步深入认识高水分城市生活垃圾湿分迁移特性、改进或设计新型焚烧炉适应我国高水分低热值的固体废弃物焚烧技术提供参考。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 引言

1.1 研究背景及研究意义

1.1.1 城市生活垃圾处理现状

1.1.2 城市生活垃圾焚烧技术概述

1.1.3 研究意义

1.2 城市生活垃圾湿分迁移过程的研究现状

1.2.1 多孔介质湿分迁移过程实验研究现状

1.2.2 多孔介质湿分迁移过程数值模拟研究现状

1.2.3 现状小结

1.3 本文研究内容

2 实验方案设计

2.1 实验对象的选取与制备

2.2 实验目的

2.3 实验台工作原理及实验系统设计

2.3.1 实验台工作原理及工况

2.3.2 实验系统设计

2.4 实验步骤和实验内容

2.4.1 实验步骤

2.4.2 实验内容

3 垃圾基元湿分迁移特性实验结果及分析

3.1 湿生活用纸湿分迁移特性

3.1.1 含湿量变化规律

3.1.2 湿分迁移速率变化规律

3.1.3 内部温度变化规律

3.2 土豆片湿分迁移特性

3.2.1 含湿量变化规律

3.2.2 湿分迁移速率变化规律

3.2.3 内部温度变化规律

3.3 西瓜皮湿分迁移特性

3.3.1 含湿量变化规律

3.3.2 湿分迁移速率变化规律

3.3.3 内部温度变化规律

3.4 影响因素分析

3.4.1 垃圾基元种类

3.4.2 垃圾基元尺寸

3.4.3 热风风速

3.4.4 热风温度

3.5 本章小结

4 垃圾基元湿分迁移特性的数值模拟

4.1 数学模型

4.1.1 质量守恒方程

4.1.2 能量守恒方程

4.1.3 初始值和边界条件

4.2 模型的离散

4.2.1 内节点的离散

4.2.2 边界节点的离散

4.3 物性参数

4.4 计算平台的设计与开发

4.5 计算结果与分析

4.5.1 模拟计算结果与实验的对比

4.5.2 含湿量分布

4.5.3 温度分布

4.6 垃圾基元湿分迁移过程的动力学特性

4.7 本章小结

5 结论

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

作者简历

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