太阳能热耦合热泵干燥系统运行优化研究

【摘要】：干燥行业是耗能较大的产业，在发达国家，大约10%～20%的燃料应用于干燥工艺。随着世界能源的不断短缺和环境的日益恶化，热泵干燥技术因为具有高效节能、成本较低、不污染环境，因而广泛利用于干燥领域。此外太阳能易获取，无污染的特点能与热泵系统很好的耦合，热泵系统加上太阳能加热技术作为辅助的联合干燥系统，可以极大地降低干燥过程的电能消耗。因此，对太阳能热耦合热泵干燥系统的运行进行优化设计具有深远意义。 本论文运用CFD软件对热泵干燥室形状以及导风板的布置进行设计，同时对不同结构干燥室内空气温度场和速度场进行数值模拟并比较分析。结果表明，当导风板向左展开并与水平面成10°夹角时，干燥室内的温度场和速度场的分布最合理，同时物料受热也最均匀。 本论文通过对干燥过程中传热传质模型的研究作为基础，以大型的香菇干燥生产系统为原型，研制一套集热面积为16.8m2太阳能集热器和额定功率为4.5kW空气源热泵的联合干燥系统，并对太阳能和热泵设备进行性能测试，同时采用独立干燥、联合干燥、间歇干燥等五种不同的干燥模式进行香菇干燥实验，对各种干燥工艺下香菇产品的色泽、香味和总体干燥时间、系统干燥能耗等因素进行分析评价，并得出香菇的最佳干燥工艺。 实验表明，在各种实验工况下，太阳能空气集热器平均热效率接近56%，热泵系统的平均COP能达到5.0。太阳能集热器单独干燥工艺比传统的电加热干燥工艺节能84%以上，干燥时间缩短约22%；间歇干燥比传统电加热干燥节能66%以上，干燥时间缩短约37%，同时还能够保产品香菇的干燥品质。 【关键词】：太阳能空气集热器 热泵 干燥 节能
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK173
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 选题的目的和意义9-13
• 1.1.1 太阳能干燥装置的特点9-10
• 1.1.2 热泵干燥技术的发展10-13
• 1.1.3 太阳能热泵联合干燥的可行性13
• 1.2 干燥传热传质过程的理论研究13-15
• 1.3 本文的研究内容15-16
• 第二章 干燥过程热质传递理论研究16-27
• 2.1 热量传递和温度场的相关概念16-19
• 2.2 干燥基本理论19-20
• 2.2.1 湿物料含水率19-20
• 2.2.2 物料中水分的分类20
• 2.3 影响干燥速率的因素与干燥曲线20-23
• 2.4 物料传热传质模型的建立23-26
• 2.4.1 平衡水分方程23-24
• 2.4.2 薄层干燥方程24-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 干燥系统结构与传热有限元分析27-43
• 3.1 太阳能集热器27-33
• 3.2 集热器实验数据及分析33-35
• 3.3 干燥室的建模35-37
• 3.4 导风板布置与模拟分析37-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第四章 太阳能热耦合热泵联合干燥工艺43-49
• 4.1 工艺流程43-44
• 4.2 太阳能热泵联合干燥模式44-47
• 4.3 干燥实验设计方案47
• 4.4 本章小结47-49
• 第五章 太阳能热耦合热泵联合干燥实验及优化分析49-72
• 5.1 香菇干燥工艺49-53
• 5.1.1 干燥物料工艺参数的确定49-51
• 5.1.2 干燥介质工艺参数的确定51-52
• 5.1.3 干燥所需热量计算52-53
• 5.2 实验设备与测量仪器53-56
• 5.3 不同干燥模式实验结果及分析56-65
• 5.3.1 太阳能集热器单独通风加热干燥实验57-60
• 5.3.2 热泵系统单独通风加热干燥实验60-62
• 5.3.3 热泵除湿加热干燥实验62-64
• 5.3.4 太阳能集热器与热泵系统联合通风加热干燥实验64-65
• 5.4 太阳能辅助热泵间歇干燥实验65-68
• 5.5 本章小结68-72
• 结论与展望72-74
• 参考文献74-79
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果79-80
• 致谢80-81
• 附录81

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