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专利号: 2020101722956
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:

1.一种基于模拟退火算法的可燃物热解动力学参数计算方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1、将可燃物进行热解,然后基于热解曲线的可燃物热解反应公式:固体→v×炭+(1‑v)×挥发物,v为炭生成率,采用等转化率法求解得到活化能E;其中,等转化率法的计算公式为:

其中,E为活化能值,A为指前因子,参数E和A均为待求解参数;R为普适气体常数,β为升温速率,T为绝对温度,参数R、β和T均为已知参数;

当前,首先根据 与1/T之间的比例关系得到直线斜率,其次,基于得到的直线斜率进行可燃物热解的活化能值E计算;最后,再将求解得到的活化能值E带入等转化率法的计算公式中,得到指前因子A;

S2、采用主曲线方法确定反应机理函数g(α),计算公式为:其中,α表示转化率,x0.5=E/R*T0.5,T0.5表示转化率为0.5时对应的绝对温度,g(α)表示可燃物热解的反应机理函数,g(α0.5)表示转化率为0.5时对应的可燃物热解的反应机理函数;P(x)的表达式为:

P(x0.5)表示转化率为0.5时对应的计算值;

S3、将步骤S1计算得到的活化能值E和指前因子A分别上、下各自浮动一定百分比,分别得到活化能值E和指前因子A的寻优范围;再将炭生成率v的寻优范围设置为(h,j)其中,h,j的取值范围均大于等于0且小于等于1;确定寻优过程中的反应级数n,其中,n是通过对反应机理函数g(α)进行微分所得到反应机理微分函数f(α)进一步确定得到,且对参数n上、下各自浮动一定百分比得到反应级数n的寻优范围;上下各自浮动一定百分比是指上下各自浮动50%;炭生成率v的寻优范围设置为(0.05,0.95);

S4、在步骤S3确定的寻优范围的基础上,采用模拟退火算法对反应级数n、活化能值E、指前因子A和炭生成率v进行优化,并在得到全局最优解时,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,从而完成可燃物热解动力学参数计算;其中,在优化过程中,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的迭代更新公式如下:

αi=αi‑1+(dα/dt)i‑1×(ti‑ti‑1);

dα/dt=Af(α)exp(‑E/RT);

(m/m0)i=1‑αi×(1‑v);

(d(m/m0)/dt)i=((m/m0)i‑(m/m0)i‑1)/(ti‑ti‑1);

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,i表示更新迭代次数;

在利用模拟退火算法对反应级数n、活化能值E、指前因子A和炭生成率v进行优化时,基于上述参数进行适应度函数值 的计算公式为:其中,φm、φmlr、φα和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表示每次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;

转化速率dα/dtexp的实验值是通过步骤S1中利用等转化率法计算得到的指前因子A和活化能E计算得到,计算公式为:dα/dt=Af(α)exp(‑E/RT);

累积质量损失的实验值的计算公式为:CMLexp=mt/m0;

质量损失速率的实验值的计算公式为:

MLRexp=d(m/m0)/dt=((m/m0)i‑(m/m0)i‑1)/(ti‑ti‑1);

转化率的实验值的计算公式为:

其中,mt表示样品反应瞬时的质量,m0表示样品的初始质量,m∞表示样品的最终质量;t表示时间,i表示迭代次数。

2.根据权利要求1所述的可燃物热解动力学参数计算方法,其特征在于,步骤S1中,在可燃物热解反应机理未知的情况下,在不同的升温速率下取求活化能值E的平均数,将求得的平均值带入等转化率计算公式中求解指前因子A。