太阳能辅助热泵就仓干燥系统关键技术研究

【摘要】： 粮库是保证粮食储藏安全的重要基地,每年都要进行储粮轮换工作,特别是粮食收获季节的新粮入仓。由于受到气候条件、粮食来源等因素的影响,常常会出现高水分粮食直接入仓的现象。此时,必须对粮食进行适度的干燥作业,才能保证其全储藏。而现有的粮食干燥方法中,烘干机作业需要耗费大量的化石燃料,干燥成本高、工作量大;粮库直接通风干燥的周期又非常长,受天气影响大。新型粮食就仓干燥技术的研究开发,是当前粮食储藏技术发展的迫切要求。 本文提出利用太阳能及热泵干燥技术对高水分粮食进行就仓干燥的技术思路,以实现高效、节能、短时间、均匀化的粮食干燥处理过程,主要内容如下: (1)基于谷物干燥需求,结合气候环境及太阳辐射资源条件,提出了一套太阳能辅助热泵就仓干燥新工艺,包括加热干燥、除湿干燥和通风干燥若干种模式:比较分析了各种流程的特点和使用条件,以某国家直属粮库为应用对象,确定了具体系统构成和运行模式。 (2)利用数学拓扑网络方法,建立了太阳能空气集热器阵列流动阻力的数学模型,分析了集热器阵列的流量与阻力分布规律,优化了太阳能集热器单元的阵列方式。 (3)分别建立了太阳能供热系统模型、热泵系统模型以及谷物就仓干燥模型,对系统的运行效果进行模拟分析,针对太阳能供热系统与热泵系统的外部工作条件变化,完成了系统性能和系统部件匹配性优化。 (4)设计制造一套太阳能辅助热泵就仓干燥示范装置,该装置适应于典型高大平房仓(长39m×高9m×宽24m),仓容量为3000t~5000t,干燥周期10天左右,降低水分1.5%的粮仓。实验验证了理论分析结果的正确性。实验结果表明,典型天气情况,系统运行稳定,热泵COPH可达5.0,太阳能辅助热泵就仓干燥装置的整体COPE为3.33~3.69,不含粮仓送风风机功耗时,系统的整体COPCH为5.88~6.86,太阳能对整个系统的加热贡献率SF为23%~36%。 (5)研究和示范试验结果表明,太阳能辅助热泵就仓干燥技术是一种安全、节能、高效的就仓干燥技术,且配合粮食搅拌机械可很好解决粮食干燥均匀性问题。典型仓容量(3000t)的吨干燥成本为9.3元/吨,低于谷物烘干机的干燥成本36.5元/吨。 【关键词】：太阳能 热泵 谷物 就仓干燥 集热器阵列 拓扑网络
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：S379
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 符号说明11-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 研究背景及意义13-14
• 1.2 粮食就仓干燥技术的研究与应用14-16
• 1.2.1 自然通风干燥14-15
• 1.2.2 加热通风干燥15-16
• 1.2.3 搅拌通风干燥16
• 1.3 太阳能与热泵干燥技术的研究与应用16-20
• 1.3.1 太阳能在谷物干燥领域的应用16-17
• 1.3.2 热泵在谷物干燥领域的应用17-18
• 1.3.3 太阳能与热泵结合干燥技术的研究与应用18-20
• 1.4 本文的主要工作20-21
• 第二章 太阳能辅助热泵就仓干燥系统构成及工作原理21-41
• 2.1 太阳能辅助热泵就仓干燥系统21-24
• 2.1.1 系统的构成21-23
• 2.1.2 系统工作原理23-24
• 2.1.3 太阳能辅助热泵干燥流程工艺24
• 2.2 太阳能供热系统设计24-36
• 2.2.1 流体流动的基本方程式26
• 2.2.2 流体流动网络基本理论26-31
• 2.2.3 网络计算基本依据31-32
• 2.2.4 太阳能集热器网络计算方法32-35
• 2.2.5 太阳能集热器阵列设计35-36
• 2.3 热泵干燥系统各部件选型36-39
• 2.3.1 蒸发器的设计计算37-38
• 2.3.2 冷凝器的设计计算38
• 2.3.3 压缩机的选取38-39
• 2.4 太阳能辅助热泵干燥系统的主要设备性能参数39-40
• 2.5 本章小结40-41
• 第三章 太阳能辅助热泵就仓干燥系统的性能模拟及分析41-68
• 3.1 数学模型的建立41-57
• 3.1.1 太阳能集热器模型41-42
• 3.1.2 换热器模型42-51
• 3.1.3 换热器流路布置算法51-54
• 3.1.4 压缩机模型54-55
• 3.1.5 膨胀阀模型55
• 3.1.6 热泵系统充贮量模型55-56
• 3.1.7 谷物就仓干燥模型56-57
• 3.2 系统工艺模拟运算流程57-58
• 3.2.1 热泵系统模拟流程57-58
• 3.2.2 谷物干燥过程模拟流程58
• 3.3 系统性能分析58-66
• 3.3.1 系统仿真模型验证58-62
• 3.3.2 太阳能供热系统的性能分析62-63
• 3.3.3 风量比对太阳能辅助热泵系统性能的影响63-64
• 3.3.4 温度对太阳能辅助热泵系统性能的影响64-66
• 3.4 本章小结66-68
• 第四章 太阳能辅助热泵就仓干燥系统实验测试68-83
• 4.1 太阳能辅助热泵就仓干燥系统安装68-72
• 4.1.1 太阳能供热系统68-69
• 4.1.2 热泵供热/除湿系统69-70
• 4.1.3 送风系统70-72
• 4.2 太阳能辅助热泵就仓干燥系统的运行控制及数据采集72-74
• 4.2.1 系统运行控制72
• 4.2.2 系统数据采集72-74
• 4.3 太阳能辅助热泵就仓干燥系统的性能分析74-81
• 4.3.1 系统性能参数74-75
• 4.3.2 太阳能供热系统加热性能75-76
• 4.3.3 热泵系统供热性能76-79
• 4.3.4 太阳能辅助热泵联合工作性能79-81
• 4.4 本章小结81-83
• 第五章 太阳能辅助热泵就仓干燥经济性分析83-86
• 5.1 太阳能辅助热泵就仓干燥的经济效益83-84
• 5.2 太阳能辅助热泵就仓干燥的社会效益84-86
• 第六章 总结与展望86-88
• 6.1 对本文研究工作的总结86-87
• 6.2 对进一步研究工作的展望87-88
• 参考文献88-93
• 致谢93-95
• 攻读学位期间发表的学术论文与所获奖励95

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