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专利号: 2019106454301
申请人: 中国地质大学(武汉)
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于单峰热解曲线的炭化可燃物热解动力学参数计算方法,其特征在于,包含如下步骤:S1、基于单峰热解曲线的炭化可燃物热解单步反应公式:固体→v炭+(1-v)挥发物,v为炭生成率,采用等转化率法FWO在不同的转化率α下求取炭化可燃物热解的活化能值E,最后求取不同转化率下活化能值E的平均值;

S2、在多种反应机理下,采用CR法求取在不同机理下炭化可燃物热解的活化能平均值E,与FWO法得到的值进行对比,找到FWO法计算的活化能值最接近CR法计算的活化能值时CR法对应的反应机理函数f(α),继而求得指前因子A;

S3、将指前因子A以及活化能值E分别上下浮动一定百分比,分别得到指前因子A和活化能值E的寻优范围,炭生成率v的寻优范围设置为(0,1);

S4、在步骤S3确定的寻优范围的基础上,采用粒子群人工智能优化算法PSO程序对指前因子A、活化能值E以及炭生成率v进行寻优,并在最优解时输出转化率α、转化速率dα/dt、质量损失m/m0以及质量损失速率d(m/m0)/dt,从而完成炭化可燃物热解动力学参数的计算;寻优过程中,参数的迭代更新公式如下:αi=αi-1+(dα/dt)i-1×(ti-ti-1),

(m/m0)i=1-αi×(1-v),

(d(m/m0)/dt)i=((m/m0)i-(m/m0)i-1)/(ti-ti-1),dα/dt=Af(α)exp(-E/RT);

其中t表示时间,m、m0表示炭化可燃物热解瞬时质量和初始质量,R为普适气体常数,T为绝对温度,i表示更新迭代次数。

2.根据权利要求1所述的基于单峰热解曲线的炭化可燃物热解动力学参数计算方法,其特征在于,步骤S1具体为:炭化可燃物单峰热解单步反应公式:固体→v炭+(1-v)挥发物,v为炭生成率,在炭化可燃物单峰热解反应机理未知的情况下,通过等转化率法FWO法,在不同的升温速率下,测量与实验结果对应的固定转化率的温度,通过公式:lnβ=ln(AE/Rg(α))-5.331-1.052(E/RT),其中R表示普适气体常数,β表示升温速率,g(α)表示微分反应机理函数,T表示绝对温度,根据公式在多种不同的转化率下,得到lnβ与1/T的直线斜率-

1.052(E/R),得到炭化可燃物单峰热解的活化能值E,最后求取各种转化率下活化能E的平均值。

3.根据权利要求1所述的基于单峰热解曲线的炭化可燃物热解动力学参数计算方法,其特征在于,所述步骤S2具体为:分别在炭化可燃物单峰热解假设的多种不同的反应机理下,采用CR法求取炭化可燃物单峰热解的活化能值E,也就是一个反应机理对应一个活化能值,通过公式:ln(g(α)/T2)=ln(AR/βE)-(E/RT),在各个热解反应机理下计算多个升温速2

率的ln(g(α)/T)与1/T的斜率得到炭化可燃物热解单峰的活化能值E,并求取多组升温速率活化能的平均值,通过CR法计算的平均活化能值与FWO法计算的平均活化能值比较,找到FWO法计算的活化能值最接近CR法计算的活化能值时CR法对应的机理就是炭化可燃物单峰热解的反应机理,确定反应机理函数f(α),在确定机理后,通过公式的截距,ln(AR/βE)可以得到指前因子A。

4.根据权利要求1所述的基于单峰热解曲线的炭化可燃物热解动力学参数计算方法,其特征在于,步骤S3中,上下浮动一定百分比是指上下各自浮动50%。

5.根据权利要求1所述的基于单峰热解曲线的炭化可燃物热解动力学参数计算方法,其特征在于,步骤S4具体为:PSO寻优时,适应度函数值Φ为预测值和实验值的偏差程度,具体计算公式为:其中,φm、φmlr、φα及φdα/dt分别表示质量损失、质量损失速率、转化率、转化速率的目标函数;N表示实验次数;n表示每个实验的实验数据点的个数;CMLmod、CMLexp表示累积质量损失的模拟值和实验值;MLRmod、MLRexp表示质量损失速率的模拟值和实验值;αmod,αexp表示转化率的模拟值和实验值;dα/dtmod、dα/dtexp表示转化速率的模拟值和实验值;wCML、wMLR、wα、wdα/dt表示质量损失、质量损失速率、转化率转化速率的权重系数。

6.根据权利要求5所述的基于单峰热解曲线的炭化可燃物热解动力学参数计算方法,其特征在于,步骤S4中各个实验值是指步骤S1中进行FWO法所计算的实验值的计算公式如下:CMLexp=m/m0

MLRexp=d(m/m0)/dt=

((m/m0)i-(m/m0)i-1)/(ti-ti-1)

dα/dt=Af(α)exp(-E/RT);

其中,m和mt表示反应瞬时的质量,m0表示样品初始质量,m∞表示最终的质量。