生物质能源具有可持续性、绿色和来源广泛等优点,成为新能源发展的方向。但相比于其他传统能源,生物质能源热值偏小,导致工业利用需要大量囤积,而生物质材料的导热性较差,在储存、输运等过程中可能会出现自加热现象,从而存在引发自燃火灾的重大安全隐患。桉树作为三大速生树种之一,在世界范围内被广泛种植。桉树皮等材料可以作为生物质发电的主要燃料,其囤积过程中发生过自热自燃事故。然而,目前缺乏对桉树皮堆垛自加热过程的研究。水分是影响桉树皮自加热过程的重要影响因素,液态水蒸发吸热的同时,也是低温阶段放热反应的必要条件,因此定量地研究水分对于桉树皮低温阶段放热反应的影响十分必要。除此之外,针对桉树皮堆垛自加热过程中产生热解气的研究目前还比较缺乏,产生的易燃、可燃气体也是火灾的重要安全隐患。实际工业桉树皮堆垛储存会遭遇极端天气影响其自加热进程,热带风暴就是其中之一。热带风暴会短时间内大幅增加环境湿度,已有实验和火灾案例表明,环境湿度增加会使堆垛内的温度快速升高,造成自燃火灾的安全隐患。所以研究环境湿度的变化对于桉树皮堆垛的自加热过程的影响十分必要。但通过实验难以控制工业尺度堆垛环境湿度的改变,现有的自加热模型又缺乏对液态水和水蒸气蒸发、输运和边界对流质量交换等水分传质过程的考虑,无法体现环境湿度对自加热过程的影响。因此,需要发展自加热模型以研究环境湿度变化对堆垛自加热过程的影响。本文具体的研究工作包括:通过热重(TG)实验和傅里叶变换红外光谱法(FTIR)相结合的方法,研究了桉树皮的热解特性、生成气体及其来源。建立了桉树皮热解过程的质量损失速率模型,通过遗传算法获得了各步反应最佳的动力学参数。利用FTIR技术识别桉树皮热解生成的主要气体和官能团,判定生成的温度区间,结合三种伪组分的热解温度区间,确定气体的生成来源。通过微型量热仪C80研究了不同含水率的桉树皮样品在30～200℃低温下的放热性。实验考虑了样品质量的影响,结果显示含水率22.08%的样品具有很高的自燃风险性。构建了密闭容器内不断升温条件下的蒸发模型,估算了蒸发吸收的热量,以校正低温下桉树皮放热反应的反应热。计算结果表明,蒸发吸收的热量几乎是放热反应实际反应热的一半。低温范围内的反应热在含水率为42.08%时达到最大值923.16Jg-1,然后降低。同时分析了随着样品含水率的增加,C80测量的反应热不断减少的机理:含水率在22.08%～42.79%的区间内,主要是因为蒸发过程得到了加强,在42.79%～77.40%之间主要是因为放热反应被抑制。发展了二维轴对称生物质堆垛自加热数值模型,考虑了实际工业尺度生物质堆垛受到环境条件的影响。基于温度的特征函数和实际的温度,拟合出动态环境温度函数。为反映环境湿度变化的特征,在模型中构建了与时间相关的分段函数。结合C80实验结果考虑水分对低温阶段自加热过程的影响,建立了表征含水率对低温放热量的影响的函数表达式。进行了实际尺度桉树皮堆垛的实验测量,测量时间为30天,期间记录环境温度和堆垛内部温度。基于桉树皮堆垛实验的实际场景,设置了模型的初始值和边界条件。模型考虑了水蒸气的扩散和对流效应以及液态水的毛细管力效应,以及基于蒸气压的蒸发、输运以及与外界对流交换的水分传热传质过程,为研究环境湿度(蒸气压)的影响打下了基础。实验与模拟结果具有相同的温度随时间的变化趋势,验证了模型的可靠性。考虑环境温度和环境湿度的影响,详细分析了环境湿度增加时导致温度急剧上升的原因,包括液态水和水蒸气在此过程中的分布变化。增加模型中放热项的放热速率,同时降低边界对流换热系数,从而分析模型最终发生自燃时的各反应变化,并发现环境温度的波动性和环境湿度的变化均可使处于未燃的堆垛(次临界状态)转化为自燃(超临界状态)。