非均勻鬆散結構物質內部傳遞物理機制研究

《非均勻鬆散結構物質內部傳遞物理機制研究》是依託北京交通大學，由陳梅倩擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：非均勻鬆散結構物質內部傳遞物理機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳梅倩
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

本申請針對生物質利用中非均勻鬆散結構物質內的熱質傳遞和相關現象的內在物理本質認識展開研究，系統提出非均勻鬆散結構物質內部傳遞機理的科學研究方法。選擇一些典型生物質利用中的物理對象，考慮環境因素、巨觀和細觀尺度下表面機械以及物理化學等性質所呈現的結構效應、非均勻性、內外控制條件的相互影響等，通過可視化實驗和內部觀測，認識相關因素引起的宏細傳遞新現象和物理過程，以及現象形成的內在原因和科學表述，並從本質上揭示引起物質內部傳遞現象的相關驅動因素，重點闡述傳遞現象的過程規律和物理機制以及各驅動因素間的相互作用，探悉驅動勢差演化與宏細傳遞現象的內在耦合關係，基於非線性、非平衡數理理論和方法，完成多因素作用下的物理數學描述，以進一步揭示過程特性和規律，明確結構效應、非均勻性與整體性能的內在聯繫。為進一步開展非均勻鬆散結構物質內部傳遞機制的研究提供一定科學依據，並為高效利用這些再生能源奠定理論基礎。

結題摘要

本申請針對生物質利用中非均勻鬆散結構物質內的熱質傳遞和相關現象的內在物理本質認識展開研究，提出非均勻鬆散結構物質內部傳遞機理的科學研究方法。選擇一些典型生物質，從細觀和巨觀層面揭示外部和內部控制因素對微細尺度鬆散結構物質內部傳遞機制的影響規律。基於熱分析技術，獲得細觀尺度下典型生物質及其基本化學組成成分的濕分遷移特性，結果表明，與變溫條件相比，定溫條件有利於促進生物質內部的濕分遷移；添加劑和冷凍預處理方式可改善污泥濕分傳輸過程中的動力學特性；一些生物質活化能較大的原因是其木聚糖含量較高。分別獲得在熱對流、熱對流/超音波聯合、紅外及微波乾燥條件下典型生物質內部的傳遞特性(動力學和傳熱學)。發現均可用 Midilli模型描述生物質內部濕分遷移過程中水分比的變化規律。超音波輔助熱風乾燥條件下，超音波頻率為21 kHz時，更有利於促進生物質內部濕分遷移。高介電特性添加劑的加入可提高生物質內部微波能及溫度分布均勻性。輻射源溫度對生物質內部濕分傳遞過程中的有效濕份擴散係數具有顯著性影響。基於可視化方法可知，含濕量較高的生物質在乾燥過程中易產生形變及裂縫，基於熱力學關係的分形維數更適用於表征生物質樣品孔道結構的特徵變化規律。基於不可逆熱力學，結合守恆定律建立描述多場耦合作用下含濕多孔介質內部輸運過程的動力學方程，利用結構變化特性對上述數理模型進行修正，以更加全面地描述該類物質中的內部傳遞機理，認識各個過程間的耦合特性，結果表明，在微波能強度較弱的區域液態水和水蒸氣擴散會削弱傳熱進行；在微波能強度較弱的區域，液態水和水蒸氣擴散在初始乾燥階段會促進傳熱進行，在其他乾燥階段會削弱傳熱進行。在整個乾燥階段，分子極化會削弱傳熱進行，並且其削弱效果隨樣品含濕量的減小及微波能強度的增大而增大。本項目研究結果可以為生物質、污泥等固廢熱利用提供基礎數據。