一种紧凑式太阳能干燥装置的实验与数值模拟研究

发布时间：2020-06-05 21:59

【摘要】：太阳能干燥装置与传统自然晾晒相比,因其具有污染小、干燥效率高、干燥品质优良,能够有效的利用太阳能,且大部分情况下不受天气限制等诸多优点,所以被应用到各种干燥生产中。本文主要以干燥箱为研究对象结合白萝卜对干燥箱内干燥时所引起的室内温度、速度、相对湿度等的变化情况进行分析,并引入多孔介质模型。目前为止,干燥方面取得的成果也较多。但是,近些年来,随着社会进步,科技发展,人们越来越关注自身健康,储存要求也越来越高,在储存过程中,干燥是一重要环节,它随物料的多样性、复杂性而发生变化,这一特征导致现阶段对干燥过程的研究大部分是停留在实验的基础上,采集数据与分析工作量大,容易产生较大误差。计算流体力学广泛的应用与发展,使得研究人员增加了对干燥复杂过程的研究、分析手段,并且被应用到干燥等多方面领域。本文通过理论、实验和数值模拟相结合的方法,对干燥装置结合白萝卜进行研究,主要内容有:(1)对现有紧凑式太阳能干燥装置,从结构、白萝卜排水量、空气消耗量、热量守恒方面进行了装置的热分析,对干燥装置热效率进行了定义。(2)以白萝卜片为干燥物料,分析了干燥时白萝卜内部水分的存在形式和迁移机理,并对干燥三阶段进行了阐述,利用恒温鼓风干燥箱对白萝卜在不同温度和不同厚度条件下进行了干燥曲线分析。实验表明:干燥介质温度越高、切片厚度越薄,干燥速率越大,湿基含水率下降趋势越快,白萝卜片达到同一含湿量所需的干燥时间越短。(3)利用紧凑式太阳能干燥装置对白萝卜片进行实验,分析了干燥箱进出口温度、不同高度的温度分布对干燥的影响,并计算了干燥过程中每一天的干燥效率。实验表明:干燥箱进口处一天当中同一时间温差较小,最大差值约为3℃,最小差值基本为0℃,表明了热介质经由集热器后能够均匀地送入到干燥室进口处位置;干燥室竖直方向处温度从下到上逐渐降低,最高温度出现在一天当中的14:30的第1层,温度达到了70℃,此时最低温度约为65℃,一天当中最大温差出现在中午时刻12:00,值为10℃;两个出口处温度与进口变化趋势基本一致,但温度比进口低;干燥最大效率为第一天干燥效率,值为20.71%,最小值为最后一天的干燥效率,值为0.09%。(4)通过对相同尺寸、结构以及参数条件下的干燥箱进行模拟分析,并和实验数据进行对比分析,结果显示干燥室出口处温度二者吻合度较好,验证了该模型以及参数设置和假设的正确性和可靠性。(5)数值模拟方面,本文针对干燥箱不同进口方式对实测中进口风速为0.3m/s、温度为40℃、50℃、60℃、孔隙率为0.3的条件下分别进行了模拟,并对干燥室内部温度、速度、相对湿度场进行了分析,得出干燥室内部不同条件下的分布特征。
【图文】：

2.1 紧凑式太阳能干燥装置结构本文当中所研究的紧凑式太阳能干燥装置的基本结构示意图如下图 2.1 所示，在干燥箱进口处与箱体所连接的空气集热器长 宽 厚=2000 2000 2（mm）。该装置由空气集热器、进口直流风机、搁物架、排湿口、阳光板框架面、太阳电池板和支架组成。空气集热器主要由六个关键部位部分组成，即底板吸热板、玻璃盖板、保温层和框架，干燥箱进口处设计了六个直径 d 为 100m的直流风机，干燥室内物料搁物架共四层，均采用铁网状结构，厚度约为 2mm排湿口位于干燥箱顶部与大气相通，，它是由两个边长均为 80mm 的正方形，高为950mm 的竖直烟囱组成，框架面均采用厚度为 1.5mm，传热系数为 K=2.0W/m2的阳光板组成，阳光板具有耐力、阻燃、透明度高、耐老化时间长、重量轻、不易渗水、永不生锈等优点[59]，太阳电池板位于干燥箱顶部，方向朝南，与进口直流风机连接，安装角度为20。，峰值功率为 42W，支架采用钢材料制作，确保该装置的安全稳定性。

图 2.2 太阳能干燥装置热量衡算示意图其中，L 为干空气的质量流量（kg 干空气/h）；t0为空气集热器进口处空气的初始温度（℃）；H0为空气相对湿度（%）；I0为初始焓值（kJ/ kg）；空气经过空气集热器加热后，以 t1、h1、I1的状态进入到干燥箱的干燥室内与白萝卜片接触加热、蒸发，从太阳能烟囱以 t2、h2、I2的状态离开。Q1为空气集热器单位时间获得的热量（kW）；Q2为加热空气消耗的热量（kW）；QL1为单位时间内集热器损失的热量（kW）；Q3为单位时间内供给干燥室的热量（kW）；QL2为单位时间内干燥室损失的热量（kW）；G1、G2分别为白萝卜片进入、离开干燥室的质量流量（kg/h）；θ1、θ2分别为白萝卜片进入、离开干燥室的温度（℃）；I1’、I2’分别为白萝卜片进入、离开干燥室的焓值（kJ/ kg）。空气集热器的热量衡算：2 1 L1 1 0Q Q Q L（ I I） （2.8）干燥室的热量衡算：L I G I ' Q L I G I ' Q（2.9）
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S214.4

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本文编号：2698677