基于离散元方法（DEM）的废弃蘑菇残渣生物质压缩致密化的微观力学特性

《Scientific Reports》：Micromechanical characteristics of compression densification of spent mushroom residue biomass based on DEM

　　

摘要

为填补关于颗粒破碎对生物质致密化影响的研究空白，本研究使用了废弃蘑菇基质（SMS）作为原材料。建立了Tavares破碎模型，并结合实验分析进行了EDEM仿真。结果表明，在压缩过程中颗粒破碎呈现出阶段性演变：相对破碎速率先缓慢增加，随后迅速增加，之后再次缓慢下降直至停止。孔隙率随压缩而呈非线性减小。压缩后，沿压缩方向的孔隙率存在空间不均匀性，从上到下逐渐增大，这与BET孔隙体积测量结果一致。力响应分析显示出现了明显的拱形效应，这是导致沿压缩方向力链减少的原因之一。还对力链演变进行了定量分析，其结果与实验中颗粒显微硬度变化的趋势高度吻合。扫描电子显微镜（SEM）分析进一步表明，破碎产生的细小颗粒填充了孔隙，并与木质素软化共同形成了结合结构，从而验证了仿真结果。本研究为理解生物质致密化过程中的颗粒破碎及其对燃料质量的影响提供了基础。