相变储热太阳能木材干燥装置设计及性能研究

【摘要】： 传统太阳能干燥的空气集热器热效率低,间歇性供热,强度不能维持常量,而带有储热系统的干燥装置多采用混凝土、天然沸石等通过显热储热的方式来存储热量,这种储热方式体积大,热效率还比较低。相变储热以高储能密度、易于运行系统匹配、易控制日益成为储热系统的首选方式。相变储热技术的应用使得太阳能木材干燥具有更为广阔的应用前景。 该文从理论计算入手,设计了新型相变储热木材太阳能干燥装置,并完成了设备研制及性能测试,为进一步开展木材太阳能干燥技术的研究及工业化应用提供理论指导与参考。主要研究结果如下： (1)该装置采用热管真空管作为太阳能空气集热器的组成单元,叉排铝管石蜡管束作为储热单元,兼有自动和手动控制及数据自动采集系统,可自动实施无动作、储热、集热器供热、储热系统供热、辅助加热器供热五种工作模式。 (2)集热器出风口最高温度64.8℃,平均功率为0.572kW,瞬时热效率为56%,供热效率在70%以上,最高总效率为76.1%。 (3)选用相变温度区间为48～54℃的石蜡作为相变储热材料,储热系统的换热系数为26.4 W／m2·℃；储热效率为58.8～74.4%,平均储热效率为66.5%；储热密度为54.5 MJ／m3。 (4)以厚度为35mm的杉木为试材,从初含水率72.7%干至终含水率13.5%只用了99h,相比大气干燥,缩短了111 h,干燥速率提高了1.12倍。相比常规蒸汽干燥,节能率为71.2%。 (5)首次推导了储热系统中储热材料用量和木材材积的配比关系式,即： 【关键词】：木材干燥 太阳能干燥 相变储热 装置设计 性能
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：S782.31
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 引言9-29
• 1.1 中国的能源环境现状9-10
• 1.2 我国木材干燥的能耗10-11
• 1.3 我国的太阳能资源11-13
• 1.3.1 我国太阳能资源的分布11-12
• 1.3.2 太阳能资源的特点12-13
• 1.4 太阳能干燥应用及研究概况13-18
• 1.4.1 木材太阳能干燥的原理13
• 1.4.2 国外应用及研究概况13-15
• 1.4.3 国内应用及研究概况15-17
• 1.4.4 太阳能干燥的特点17-18
• 1.5 储热技术的研究概况18-25
• 1.5.1 储热方式及储热物质18-21
• 1.5.2 国内外的研究现状21-25
• 1.6 储热技术在木材太阳能干燥上的应用研究25-26
• 1.7 研究目的与意义26-27
• 1.8 研究内容27-29
• 2 相变储热木材太阳能干燥装置的理论设计29-47
• 2.1 太阳能干燥装置的总体方案29-30
• 2.1.1 干燥材积量的确定29
• 2.1.2 集热器的选用29
• 2.1.3 干燥装置的组成29-30
• 2.2 木材水分蒸发量的计算30-31
• 2.2.1 计算所需参数30-31
• 2.2.2 一个周期内从木材内蒸发出的水分量31
• 2.2.3 单位时间从木材内蒸发出的水分量31
• 2.3 干燥过程中热量消耗计算31-33
• 2.3.1 用于计算的介质参数31-32
• 2.3.2 木材预热阶段的耗热量32
• 2.3.3 木材蒸发阶段的耗热量32-33
• 2.3.4 干燥箱壳体的热损失33
• 2.3.5 干燥箱内的耗热量33
• 2.4 储热系统的设计计算33-35
• 2.4.1 储热装置储热量34
• 2.4.2 储热材料量34
• 2.4.3 储热单元数34-35
• 2.4.4 集热器为储热箱供热的平均功率35
• 2.5 集热器的设计计算35
• 2.5.1 集热器需提供的热量35
• 2.5.2 集热管的数量35
• 2.6 辅助加热系统35-36
• 2.7 空气动力计算36-44
• 2.7.1 新鲜空气量和循环空气量的计算36-37
• 2.7.2 干燥箱内的阻力计算37-39
• 2.7.3 集热器内的压力损失39-40
• 2.7.4 储热箱内的压力损失40-42
• 2.7.5 管路压力损失42-43
• 2.7.6 不同供热循环的压力损失43-44
• 2.8 风机的选择44
• 2.9 干燥装置主要设备参数44-45
• 2.10 本章小结45-47
• 3 干燥装置的组成及控制方案47-57
• 3.1 相变储热木材太阳能干燥装置组成47-51
• 3.1.1 集热器47-48
• 3.1.2 干燥箱48-49
• 3.1.3 储热系统49-50
• 3.1.4 辅助加热器50
• 3.1.5 自动和手动控制系统50-51
• 3.1.6 移动机构51
• 3.2 工作模式51-54
• 3.3 干燥装置的特点54-55
• 3.4 本章小结55-57
• 4 集热器的性能研究57-65
• 4.1 实验设备57-59
• 4.2 实验步骤59
• 4.3 实验分析与结果59-63
• 4.3.1 集热器温升59-60
• 4.3.2 集热器热效率60-61
• 4.3.3 集热器瞬时功率61-62
• 4.3.4 集热器总效率62-63
• 4.4 本章小结63-65
• 5 储热系统的性能研究65-79
• 5.1 储热材料的物性测定65-68
• 5.1.1 相变材料相变区间的测定65-67
• 5.1.2 相变材料膨胀率的测定67-68
• 5.2 储热系统换热系数的测定68-77
• 5.2.1 实验材料68-69
• 5.2.2 实验设备69-73
• 5.2.3 实验原理73
• 5.2.4 实验步骤73-74
• 5.2.5 实验结果与分析74-77
• 5.3 储热系统的储能效率和储能密度77-78
• 5.4 本章小结78-79
• 6 干燥系统的性能研究79-91
• 6.1 干燥箱内温度测试79-84
• 6.1.1 干燥箱温度均一性测试79-80
• 6.1.2 干燥箱控温能力测试80
• 6.1.3 装置内温度影响因素分析80-84
• 6.2 干燥木材的性能测试84-88
• 6.2.1 实验材料84
• 6.2.2 实验设备84
• 6.2.3 实验方法84
• 6.2.4 实验结果与分析84-88
• 6.3 经济与社会效益88-89
• 6.3.1 干燥能耗对比88-89
• 6.3.2 社会效益89
• 6.4 本章小结89-91
• 7 储热材料量与木材材积的优化配比91-99
• 7.1 理论配比91-92
• 7.2 实验测定92
• 7.2.1 实验设备92
• 7.2.2 实验方法与步骤92
• 7.3 理论预测与实验测定对比92-97
• 7.4 本章小结97-99
• 8 结论与建议99-101
• 8.1 主要结论99-100
• 8.2 创新点100
• 8.3 建议100-101
• 参考文献101-107
• 个人简介107-109
• 导师简介109-111
• 获得成果目录111-113
• 致谢113-115
• 附录115-116

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