含储热系统的太阳能干燥器设计及其流场分析

发布时间：2020-08-29 08:59

　　干燥可以防止农产品的腐坏变质,是减少产量损失和实现长时间保存的有效方法。农产品的干燥大多用的热风干燥,太阳能可以代替常规能源提供热能。封闭的太阳能利用相比传统的开式晾晒,其干燥物的质量在颜色、味道、质地上更好,同时干燥周期也缩短了。因此,为了将太阳能运用到农产品的干燥加工中,开发研究太阳能干燥设备很有必要。本文的太阳能干燥设备采用的是集热器型太阳能干燥器,由集热系统、烘干系统组成。同时为克服太阳热利用的间歇性和不稳定性,充分利用太阳能增加了储热系统,利用相变储热材料实现储、放热过程。具体的研究内容如下:1.太阳能干燥器的设计。太阳能干燥器由集热系统、烘干系统和储热系统组成。集热系统由2块太阳能平板集热器串联组成,集热系统将太阳辐射能转化成干燥介质的热能。烘干系统是湿物料与干燥介质换热的场所,物料烘干在这完成。烘干系统主要部件是烘干箱,箱内物料架分三层物料层。储热系统是用来在太阳能丰富的时候以热能的形式储存起来,当太阳辐射强度不够时将储存的能量释放给干燥介质。储热系统的构成包括储热箱体、相变储热材料、导热铜管。储热材料是工业半精炼石蜡,导热铜管采用蛇形形状,这样可以增加储热材料与空气换热面积,提高储热系统的换热效率。2.太阳能干燥器实验研究。按照设计方案,搭建实验平台。对太阳能干燥器设计实验方案,在空载状态下研究加储热系统后对整个干燥器的性能影响。经过实验,分析数据得出当太阳能干燥器在不加储热系统情况下随着太阳辐射强度的变化,干燥箱内空气的平均温度变化较大;加储热系统到太阳能干燥器中后,干燥箱内空气的平均温度能够稳定在某一温度范围内长时间工作,这样有利于物料的干燥。在干燥器干燥湿物料的工作情况下,测量干燥箱内各测点的风速,为之后数值模拟提供验证数据。3.模拟仿真和结构优化。结合计算流体力学以及常用流体模拟软件FLUENT,对烘干箱烘干物料过程进行研究,获得烘干箱内部的速度场分布情况,并通过与实验的数据进行对比,验证模拟的准确性。通过布置导流板和改变进出风口位置优化干燥箱的结构,用CFD模拟的方法,验证、分析、比较得出优化效果,为干燥箱优化提供相应的理论依据和物理模型,减少重复试验。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S226.6
【部分图文】：

太阳能干燥器,集热器,结构示意图

通过集热器将太阳能转化成热能，并将热能传递给作为干燥介质的空气。储热统是为了克服太阳能不连续问题，将太阳能转换而来的过多热能储存，在太阳不够的时候释放储存的热能，供给干燥介质，延长干燥时间。储热材料是相变热材料，具有储能密度大和储放热温度维持在一定范围的特点，选用的是工业常见的半精炼石蜡。干燥系统主要组成是干燥箱，干燥过程是在干燥箱内完成的3.1 太阳能干燥设备类型选择3.1.1 太阳能干燥设备类别太阳能干燥装置有多种分类方式，根据干燥器内空气的流动是否有外加动可将太阳能干燥器分为被动式和主动式两种类型。按接收太阳能的形式区分，以将太阳能干燥器分成直接受热式和间接受热式，直接受热式也可称为辐射式燥器，间接受热式亦可称为对流式干燥器。含有集热器的一般是间接受热式，集热器的是直接受热式。还有一种分类方式是按太阳能的结构型式进行分类，分为三种类型：太阳能集热器型干燥器、温室型干燥器和集热器一温室型干燥器(1) 太阳能集热器型干燥器

太阳能干燥器,温室,结构示意图

管道等其它辅助部分。太阳能空气集热器是关键部件，起着提供热能的作用。太阳能集热器将吸收的太阳辐射能转化成热能，流经集热器的空气和集热器吸热板对流换热温度升高。使用风机可以让热空气与集热器充分完成对流换热，然后在压差的作用下进入到干燥室实现对物料的干燥。太阳能集热器型干燥器结构示意图如图 3.1 所示[39]。(2) 温室型太阳能干燥装置温室型太阳能干燥装置就是在太阳能温室的基础上增加排湿部分，将水分带出温室。湿物料在温室内跟进行日晒加工一样直接吸收太阳辐射能，温室中空气在封闭狭小空间也被加热而高于环境温度，物料在直接转换的热能和周围空气传递的热能作用下，物料中水分蒸发，在空气的流动下把物料蒸发的水分带走。温室型太阳能干燥器成本低，容易建造，可以因地制宜。存在的主要缺点是干燥器的温升小，它所能提供的热能，不足以快速地将含水率较高的物料干燥到安全水分以下，效率较低，速度相对较慢。温室型太阳能干燥器的结构示意图如图 3.2所示[39]。

太阳能干燥器,集热器,温室,结构示意图

第三章太阳能干燥器样机设计(3) 集热器一温室型太阳能干燥器该种干燥器是前两种的集合体，将太阳能集热器型干燥器的干燥室换成了温室。系统的热量来源分两部分，一部分是集热器吸收太阳辐射能转换成热能，另一部分是温室中吸收的太阳能转换成空气和物料的热能。集热器—温室型太阳能干燥器将两种干燥器类型结合在一起，达到了弥补不足，发挥优势的好处。集热器型太阳能干燥器能获得较高温度的热风，能够解决温室型太阳能干燥器温升小的缺点，同时温室型太阳能干燥器又能给干燥系统提供更多的热能，让太阳能利用率更高，加快了干燥效率。可快速干燥那些含水率较高的物料。但处理量小，投资相对大。集热器—温室型太阳能干燥器结构示意图如图 3.3 所示[39]。

【相似文献】