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基于浓度波扩散模型,使用MATLAB7.0软件,运用最小二乘法,求解出了适宜玉米秸秆厌氧干发酵的模型系数;并对模型进行了拟合和验证,实现了对秸秆厌氧干发酵过程中基质特性变化及发酵进程的数学模拟;对玉米秸秆厌氧干发酵罐散热过程进行了理论分析,构建了发酵罐的散热模型,并利用温度监测系统进行温度采集,实现了对干发酵系统温度的实时监测。具体研究内容如下: 1.在初始含水量为70％条件下进行玉米秸秆厌氧干发酵试验,发酵温度为37℃,接种物与底物混合均匀分装12个发酵反应罐(8 L,Φ145 mm),分别于发酵第2、4、6、8、10、12、15、18、21、24、27和30d,各取出1罐进行分析。将发酵料按照纵向尺寸均匀地分12层进行取样,分析测定每层样品的挥发性固形物(VS)含量(W)、挥发性脂肪酸浓度(S)和甲烷化菌的数量(B)变化。根据试验数据,运用MATLAB7.0软件求解出了浓度波扩散模型方程中的系数。以初始含水率为75%、80%和85%进行验证试验,将所得的的模型系数与初始含水率为70%条件下的系数进行比较,结果表明所得模型系数在含水率70%~80%时相关性较好。 2.采用 MATLAB微分工具箱中 pdepe函数并对其进行适当修改,利用得到的挥发性脂肪酸(VFA)扩散系数(DS)、生物量的扩散系数(DB),VFA的最大利用速率(ρm)等浓度波扩散模型系数,并结合数值积分,求解出了玉米秸秆干发酵基质中W、S和B随发酵时间和发酵罐空间变化的数值解。将根据模型求解的数值解与试验实测值进行拟合,结果表明:在整体验证时,初始含水率在70%~80%范围内,利用求解的浓度波扩散模型能够较为准确的预测玉米秸秆干发酵基质中VS、VFA和甲烷化微生物数量的变化;分段验证时,建立的模型在发酵前期和中期能很好的预测实验过程中物料特性的变化,而在发酵后期出现了偏差。 3.构建了厌氧干发酵温度监测系统,实现了发酵料温度的自动采集,并通过无线传输实时显示和记录;建立了玉米秸秆厌氧干发酵的散热模型,并通过试验监测数据对其进行了验证,为厌氧干发酵罐的保温设计提供了依据。