火炬松解剖组分流动特性研究：粒径与湿度对生物质流动性能的影响机制及模型预测

《Biomass and Bioenergy》：Effect of particle size and moisture on flow performance of loblolly pine anatomical fractions: Experimental findings and model predictions

本文系统研究火炬松不同解剖组分（全木片、茎材、树皮和针叶）在不同粒径和湿度条件下的流动特性与剪切性能，通过剪切测试和重力流动实验获得关键参数，并对比经验模型与机器学习模型（ML）的预测精度。研究发现湿度增加会显著提高无约束屈服强度，而粒径增大会延长临界架拱距离、降低流量，ML模型在流量预测中表现更优。该研究为生物质能源工业化处理过程中的料仓设计和流动优化提供了重要理论依据。

　　

Highlight

随着能源需求持续增长，生物质作为一种前景广阔的下一代能源备受关注。然而，生物质能源商业化面临诸多挑战，尤其是在原料处理环节。颗粒尺寸、形状、湿度含量和表面粗糙度等因素显著影响生物质的流动性。本研究针对这一关键知识空白，探究了颗粒尺寸和湿度含量对火炬松不同解剖组分流动行为和剪切特性的影响。

Material

火炬松采集自美国南卡罗来纳州贾斯珀县的人工林，树龄18年，平均高度61英尺。采伐后的树枝、树梢、树皮和针叶作为木材收获的残留物堆积在地面，约两周后通过抓斗前端装载机收集并加工处理。

Physical properties

表1展示了全松木及其解剖组分的颗粒尺寸分布和密度数据。全木片和茎材的颗粒尺寸分布趋势相似，这可能是由于全木片的主要成分为茎材。具体而言，D₁₀、D₅₀和D₉₀参数随标称颗粒尺寸的增加而增大。

Conclusions

总之，对火炬松不同解剖组分流动行为和剪切特性的全面研究揭示了与优化生物质处理和加工系统相关的重要见解。该研究强调了颗粒尺寸分布、湿度含量和解剖组分对生物质材料物理和流动特性的关键影响。