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任務(wù)書
課題名稱
10立方米太陽能熱風(fēng)干燥箱設(shè)計(jì)
院(系)
專 業(yè)
姓 名
學(xué) 號
起訖日期
指導(dǎo)教師
20xx 年 1 月 24 日
一、 ? ? ?? 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的內(nèi)容和要求
本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題結(jié)合產(chǎn)品開發(fā),要求學(xué)生有一定的工程能力,本課題選題合理,工作量飽滿,機(jī)械制圖要求比較高。 學(xué)生通過本課題的設(shè)計(jì)可以綜合大學(xué)4年所學(xué)知識的運(yùn)用能力,特別是工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)、制冷、熱泵技術(shù)及相關(guān)專業(yè)課程的知識應(yīng)用,同時有要有一定創(chuàng)新能力。本畢業(yè)設(shè)計(jì)資料比較欠缺,所設(shè)計(jì)要求學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算、總裝圖和零部件圖紙的設(shè)計(jì),通過本畢業(yè)課題的設(shè)計(jì)有利于學(xué)生工作盡快適應(yīng)工作崗位的要求設(shè)計(jì)。 主要設(shè)計(jì)參數(shù): 已知環(huán)境條件: 干球溫度:60℃ 相對濕度:70% 干燥箱容積:10立方米 太陽能集熱板面積:設(shè)計(jì)中確定
二、 ? ? ?? 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)圖紙內(nèi)容及張數(shù)
主要內(nèi)容: 太陽能干燥箱的設(shè)計(jì)內(nèi)容:
1、查閱資料,要求查閱相關(guān)資料,中文文獻(xiàn)25篇以上,英文文獻(xiàn)5篇以上,了解冷太陽能干燥箱工作原理,寫文獻(xiàn)綜述,并作開題報告;
2、 環(huán)境工況及需求分析;
3、空氣循環(huán)熱力計(jì)算:
4、室外換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算;
5、圖紙?jiān)O(shè)計(jì),重點(diǎn)在總圖和各換熱器的設(shè)計(jì)圖紙上。
內(nèi)容:
1、 零部件圖紙(折1#圖紙6張以上) ?????
2、完成干燥箱的設(shè)計(jì)說明書; ???
3、完成干燥箱的設(shè)計(jì);
三、 ? ? ?? 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求
無
四、 ? ? ?? 其他
無
五、 ? ? ?? 參考文獻(xiàn)
至少25篇中文、5篇英文
六、 ? ? ??畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)進(jìn)程安排
起訖日期
設(shè)計(jì)(論文)各階段工作內(nèi)容
備 注
起訖日期
設(shè)計(jì)(論文)各階段工作內(nèi)容
備 注
文獻(xiàn)綜述、英文資料翻譯
?
開題報告
?
系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
?
圖紙?jiān)O(shè)計(jì)
?
寫論文,準(zhǔn)備答辯
?
?
?
?
2
畢業(yè)設(shè)計(jì)外文翻譯
學(xué)生姓名: 學(xué) 號:
所在學(xué)院:
專 業(yè):
翻譯原文: Study of orange peels dryings kinetics and development of a solar dryer by forced convection
指導(dǎo)教師:
201XX 年3 月 25 日
橘子皮干燥動力的研究和強(qiáng)制對流太陽能干燥器的發(fā)展現(xiàn)狀
Romdhane Ben Slama Michel Combarnous
摘要:該太陽能干燥器項(xiàng)目旨在利用太陽能作為熱源,在該地區(qū)頻繁使用,用于干燥易腐爛的產(chǎn)品。太陽能干燥器利用自然光來干燥產(chǎn)品,不會降低產(chǎn)品的干燥質(zhì)量。干燥裝置主要由太陽能空氣集熱器和干燥室組成。將太陽輻射轉(zhuǎn)化為熱的太陽能集熱器,在流動的空氣中增加了適當(dāng)?shù)膿醢迥苁蛊溆行栽黾印J占鞯男士梢赃_(dá)到80%。集熱器的出口端的熱空氣到達(dá)干燥室,該干燥室中的熱傳遞與該產(chǎn)品干燥是通過對流來完成的。干燥動力學(xué)的研究表明,除了對溫度和干燥的空氣速度的依賴性,干燥速率也取決于干燥產(chǎn)品的切片方式。主要在于干燥空氣與產(chǎn)品的接觸表面,因此,在濕基含水率在一個天中從76%降低到13%。然后,我們以健康的方式獲得干燥的產(chǎn)品,并在如此頻繁風(fēng)沙的該地區(qū)使用任意干燥空氣來干燥產(chǎn)品,這樣不會降低任何更多的干燥產(chǎn)品的質(zhì)量,而且干燥的總效率達(dá)到28%。
由Elsevier出版有限公司出版
關(guān)鍵詞:太陽能;干燥;橘子;對流;動力學(xué);效率
1.引言
在突尼斯,太陽能是非常豐富的,特別是在南方。因此,使用太陽能在越來越多的在干燥領(lǐng)域(能源安全和環(huán)境保護(hù))將是明智和有利可圖的。兩種類型的烘干機(jī),直接和間接式干燥機(jī),在這里提出的設(shè)想,進(jìn)行測試的是國民學(xué)校的工程師加布,在突尼斯,以干燥的農(nóng)業(yè)食品產(chǎn)品為目的,例如橘子皮。橘子皮富含維生素C,研究表明它們可以降低血液中的膽固醇水平。在我們的這片地區(qū),突尼斯南部,它是常見于干燥干棗,香料,辣椒,魚等。
在此之前,已經(jīng)進(jìn)行了一項(xiàng)干燥動力學(xué)的研究。對同一時間的間接和直接干燥進(jìn)行了測試。
在全球,太陽能干燥的類型很不同。我們可以列舉其中的一些:
l 工業(yè)干燥器隧道式煙囪(自然條件—對流):太陽能集熱面收集太陽能使
命名
AH 時間角度 d? Ta 環(huán)境溫度 K
C 比熱 JKg-1K-1 W,X 產(chǎn)品含水量 Kg/Kg DM
DH 擴(kuò)散太陽輻射入射到水平平面 Wm-2 u 由正常的角和附帶的太陽光線形成的
D(i) 擴(kuò)散太陽輻射入射到集熱器 Wm-2 角度 d?
GH 總太陽輻射入射到水平平面 Wm-2 V 空氣流速 m/s
G(i) 總太陽輻射入射到集熱器 Wm-2 (t) 太陽偏角 d?
h 太陽緯度 d? 地點(diǎn)緯度 d?
i 太陽能集熱器傾斜度 d? 反照率
ID 直射太陽能量 Wm-2 效率
LV 汽化潛熱 JKg-1 T0 一天的計(jì)算時間 h
m 水分蒸發(fā)量 Kg 指數(shù):
Q 所獲太陽能量 kWh i, in 初始
QV 體積吞吐量 m3s-1 f 結(jié)束
S 集熱面積 m2 u 有用的
Ti 產(chǎn)品初始溫度 K re 收到的
e 入口
s 出口
i
其轉(zhuǎn)換為熱能,這種干燥機(jī)一般用于工業(yè)(Turhan,2006;Janjaietal,2008;Ferreiraetal,2008)。改進(jìn)它們是由塞西等人(Sethi and Arora,2009)。
l 家用干燥機(jī):
–直接強(qiáng)制通風(fēng)干燥機(jī) (Gauhar etal,1998; Hossain and Bala, 2007; Gbaha et al,2007)。
–太陽能煙囪間接干燥器 (Hachemi et al.,1998; Pangavhane et al., 2002; Lahsanietal.,2004; Jain, 2005).
–間接強(qiáng)制通風(fēng)干燥機(jī)(Ben Slamaet al, 1996; Ben Slama and Bouadallah,1996a,b; Hawlader, 2004; Fadhel et al, 2005;Jamali et al,2004; Machlouch et al,2006; Zhiminet al, 2006).
–混合式自然對流太陽能干燥器(Forson et al., 2007).
本文是jairaj(jaira et al.,2009)對許多熱門品種太陽能干燥器的回顧。
干燥產(chǎn)品的類型也各不相同:
l 木頭:它放在一個充滿熱空氣溫室大棚(bentaieb et al.,2008)。壓力差保證了空氣在煙囪中的流通。
l 檸檬、番茄、辣椒、辣椒、杏、葡萄、肉類、魚、藥草和香料 (Chen et al., 2005; Togrul and Pehlivan,2002; Kamil et al.,2006; Janjaia et al., 2008).
l 這項(xiàng)研究的對象是橘子皮,這涉及到干燥動力學(xué)研究及試驗(yàn)干燥器的設(shè)計(jì)。
2. 干燥動力學(xué)研究
2.1 對象
干燥動力學(xué)曲線是任何實(shí)際烘干機(jī)制造的關(guān)鍵因素。所以,他們研究各種(Ait Mohamed et al., 2008; Hadri et al., 2008)產(chǎn)品,如辣椒、沙丁魚、香蕉、木材、胡蘿卜等。在這里我們研究橘子皮和描繪它們的干燥動力學(xué)曲線。這些曲線是用烘干實(shí)驗(yàn)室細(xì)胞獲得的,與控制程序,溫度、壓力、風(fēng)量、干燥水分和速度息息相關(guān)。
2.2 干燥動力學(xué)的結(jié)果
由于第一種存在表面水的情況下,該產(chǎn)品在開始時比在最終的干燥速率快。這個速度是最高的,因?yàn)樵摦a(chǎn)品是分散的(正方形55毫米),因此,包括最高的傳熱表面,在同樣的方式,這個比例的干燥是正比于加熱的溫度(圖1)和干燥速度(圖2)。最后一條曲線構(gòu)成了橘子皮干燥特征曲線。
在圖3中,從3到4千克水/千克干物質(zhì)的初始水分的基礎(chǔ)上,根據(jù)時間,水分含量和干燥的速度減少,在12000s時停止,約3小時30分,從1.24到2.1米/秒的空氣干燥溫度為75℃。
對于干燥速度的曲線,在圖4中,我們觀察到的曲線交叉,因?yàn)殡S著空氣流速提高,干燥速率也提高了,在這段時間結(jié)束的時候(3小時30分鐘),產(chǎn)品已經(jīng)干燥了,相反的情況下較低的氣流速度,需要更多的干燥時間。(見圖5)。
3. 試驗(yàn)干燥機(jī)的設(shè)計(jì)
間接干燥器的設(shè)計(jì)包括三個不同的部分:
l 配備了隔板的太陽能空氣集熱器(Ben Slama,1987,2007;BenSlamaetal.,1996)尺寸2 米1米。
l 干燥的外殼尺寸70厘米70厘米70厘米。
l 一個電風(fēng)扇,以確保熱空氣從平板太陽能集熱器的強(qiáng)制循環(huán),50瓦(他們可以由光伏設(shè)備提供)。
3.1太陽能空氣集熱器
集熱器配有擋板,其有利于湍流,從而使傳熱效率提高(見圖6),使用了三種配置:
l 最佳擋板的集熱器出現(xiàn)在我們的參考文獻(xiàn)中,即橫向和縱向混合擋板。
l 混合的擋板及集熱器,但是,橫向擋板稍微傾斜的方向,以減少壓力損失。
l 沒有隔板的收集器用于比較。
圖1.含水量和空氣溫度的干燥速率??諝饬魉? 2.1米/秒
圖2含水率和空氣流速的干燥速率 空氣溫度= 75℃.
圖3時間和空氣流速的含水量函數(shù) 溫度= 75℃.
收集器有2個空氣導(dǎo)管:
l 一個是在玻璃和減震器之間存在滯止氣流。
l 另一個是在吸收減震器和絕緣體之間,包括一些擋板和流通的空氣。
圖4干燥速度函數(shù)的時間和速度。溫度= 75℃.
圖5間接干燥的照片
擋板放置在絕緣層上,并且固定在該吸收劑上。(見圖7)
3.2 干燥外殼
在集熱器的出口處,將空氣穿過干燥室,并將熱傳遞給該產(chǎn)品用來干燥。為了讓空氣流動,兩個形狀干燥室必須曲折運(yùn)行過程中沒有死角(見圖8)。干燥室中包含幾盤產(chǎn)品,每一個可以包含多達(dá)三公斤的產(chǎn)品干。。
產(chǎn)品設(shè)置在“盤”內(nèi)的干燥,以這樣一種方式使空氣曲折地流動為了獲得較高的傳熱。此外,在干燥外殼中的流動更受青睞當(dāng)氣流從簡單的彎曲流到雙彎曲時。
因此,空氣是分布方式更均勻的,這樣避免了仍然潮濕的區(qū)域和其他已經(jīng)干燥的區(qū)域的混合。
效率要從20%提高到25%,特別是當(dāng)負(fù)載最高時(高于10公斤)。對于低質(zhì)量的產(chǎn)品的干燥,空氣是不受整體運(yùn)行軌跡的約束,但直流產(chǎn)品在開放的空間生產(chǎn)。
圖6太陽能空氣集熱器的詳細(xì)說明:
(a)它的組成(b)直擋板(c)斜擋板(d)所產(chǎn)生的流動
圖7干燥外殼(a)空氣流曲流(b)雙氣流在彎曲處
3.3操作
在集熱器底部,進(jìn)入底部的環(huán)境空氣被太陽能加熱。由于擋板,傳熱增加,并在集熱器出口處,空氣擁有一個足夠高的溫度。它通過干燥室,將熱傳遞給該產(chǎn)品以進(jìn)行干燥,并承載其中的水分。然后,它是由一個低功率的電動風(fēng)機(jī)確保與外部進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)。
圖8 空氣流量集熱器功能的效率 溫度必然是可變的
4.試驗(yàn)結(jié)果
一方面單獨(dú)測量大部分集熱器的效率,另一方面測量整個干燥機(jī)的效率。我們在測量結(jié)束時對被干燥的產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行測量。
4.1太陽輻射測量
接收的能量是每天從位于軍事基地附近的氣象站測量漫輻射DH和總輻射GH的水平輻射量得來的。在水平方向上的測量轉(zhuǎn)換的集熱器的傾斜計(jì)劃進(jìn)行如下:
在傾斜集熱器的總輻射等于直接和散射輻射的總和,然后:
G(i)=(Gh-Dh)(cos(i)+sin(i)/tg(h))+D(i) (1)
也可以在表格中寫下:
G(i)=(Gh-Dh)(sin(i+h)/sin(h))+D(i) (2)
與:
D(i)=(1+cos(i))/2Dh+(1-cos(i))/2Ghɑ (3)
太陽緯度“小時”是由其彎曲處的任何時時刻給出的:
Sin(h)=sin()sin()+cos()cos()cosAH (4)
4.2干燥器能量效率的測定
溫度用熱電偶鐵康銅測量,精度±0.5℃,對于重量,一個精度為0.01克的天平。干燥的高效利用:
e=Qu/Qre with (5)
Qu=m(C(Ti-Ta)+Lv) and (6)
Qre = (7)
由于它是已知的干燥比在干燥結(jié)束時的速度快,,然后,一個恒定的最終水分為15%。
濕效率評估:
h=e (wi - wf) / wi (8)
和wf= 15%的校正效率:
c=e(wi-wf)/(wi-15) (9)
正如眾所周知的是,干燥速度初始比在干燥結(jié)束時快,,那么一個恒定的最終水分為15%。
4.3試驗(yàn)曲線
通常對于空氣的太陽能收集器,可以根據(jù)空氣流量(m 3 /小時/m2)繪制效率曲線(圖8),根據(jù)正?;б妫╩ 2℃/w)(圖9)。溫度是不恒定的,但取決于太陽能和空氣流量。
即使是適度的流量(35m3 /h/m2),使效率達(dá)到70%最佳擋板和46%沒有擋板的集熱器。這種差異是由于空氣和減震器之間的湍流對流造成的,甚至?xí)r由于擋板的存在造成的。
4.3.1集熱器效率
在圖10中,能量效率由表達(dá)式給出:
=QvCT/(G(i)S) (10)
根據(jù)所使用的擋板的規(guī)定,直或傾斜,效率各不相同。與無擋板的集熱器相比,在流動方向的斜板有更好的效率為25%(Ben Slama1987, 2007; Ben Slama et al, 1996).圖9顯示的是60%的效率,作為參考,溫度上升40℃時無擋板,63℃用直擋板,80℃在陽光下的熱通量為1000W/m2.
4.3.2干燥效率
通過類比太陽能空氣集熱器,根據(jù)被干燥產(chǎn)品初始質(zhì)量的水分含量(圖10)和效益的函數(shù),給出了兩種類型太陽能干燥器的效率曲線(圖11)(Ben slama et al.,1996;Ben slama和bouabdallah,1996;machlouch et al,2006)。對于
圖9 太陽能集熱器效率按標(biāo)準(zhǔn)化利潤
圖10 產(chǎn)品干燥初期干燥功能的效率
一個質(zhì)量為8公斤的產(chǎn)品,要干燥它,效率從20%增加到30%左右,使用大約有輕微傾斜擋板。20%的效率,在直擋板的情況下減少水分含量可能只有3%,在有斜擋板的情況下只有13%。正是由于這樣的事實(shí),在環(huán)境中的空氣達(dá)到更高的溫度的情況下,使用擋板。
4.3.3壓降
對于一個空的干燥器,壓力下降,空氣流量增加。然而,在直擋板的情況下比斜的高。事實(shí)上,傾斜方向的流動,利于減少死角,方便冷卻空氣流入。該干燥機(jī)的產(chǎn)品增加壓力損失超過50%的負(fù)載(lahsani et al.,2004)。(見圖12)。
4.3.4 解釋
由干燥動力學(xué)研究曲線顯示:
圖11 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化減肥的干燥效率
圖12 空氣流量的壓力降
–在開始時,隨著時間的推移,產(chǎn)品的含水量比干燥掉的多,因?yàn)樵陂_始時,水的存在而在表面上。
–干空氣流速和干燥溫度成正比。
–橘子皮切片提高干燥速度。
–干燥速度隨時間而減少,并伴隨產(chǎn)品水分的減少。
該試驗(yàn)表明,太陽能集熱器的出口溫度達(dá)到了92℃,而干燥外殼的溫度在50℃。該干燥器使用最佳傾斜角度擋板的集熱器,相比使用了集熱器與直擋板效率提高了14%。后者被證明是不足以降低水分含量,滿意的閾值對產(chǎn)品的保護(hù)(也就是說比如15%)。然而,提供斜擋板的方向流動,干燥只有一天就足夠了,兩個條件讓干燥使人滿意,即,溫度和空氣流速足夠高。由于橫向和縱向擋板,可以增加空氣流速并且使湍流器空氣溫度上升。因?yàn)樾睓M隔板所產(chǎn)生的壓力損失在右擋板是不一樣大的。另一方面,在干燥室中的流動是優(yōu)先進(jìn)行的,氣流均勻干燥;避免區(qū)域產(chǎn)品是過干的或還是濕的。
4.3.5一些可能的改進(jìn)
有了這項(xiàng)工作,我們結(jié)束了一個由太陽能空氣集熱器提供的間接太陽能干燥器的設(shè)計(jì),還包括斜折流板的方向上的流動。這些擋板可以使彎曲氣流在干燥器內(nèi)的流動而不產(chǎn)生很大的壓力損失。橫隔板將空氣分布在所有集熱器表面上的并且能進(jìn)行更好的傳熱。
如果在每一個板不填充的產(chǎn)品,那么在干燥的外殼內(nèi)的空氣通道容易離開一部分。其產(chǎn)生的氣流也在彎曲處產(chǎn)生良好的傳熱。
干燥動力學(xué)可以突出的測試參數(shù),即:溫度,絕對濕度的產(chǎn)品干燥,以及干空氣速度。
關(guān)于干燥溫度,溫度從57℃升為75℃,干燥速度從1.5公斤/公斤上升到3公斤/千克干物質(zhì).
關(guān)于干燥的空氣流速,空氣流速為1.24米/秒和2.1米/秒,干燥速度分別從2至3公斤/公斤增加至3公斤/千克。
同時利用熱空氣事先在干燥外殼減少死角,對于10公斤的初始質(zhì)量,總有效率從20%提高到25%。
最后,關(guān)于太陽能集熱器的安裝和干燥器中的動力流體,沒有擋板的集熱器在流量為35m3h-1m-2時的效率比一個有擋板的集熱器效率從40%增加到60%,更好的仍然是為斜擋板的集熱器,效率達(dá)到70%。
還應(yīng)強(qiáng)調(diào)一些實(shí)踐方面的問題:
–作為冷卻液的輸出溫度超過90℃時使用雙層玻璃以減少對流損失。
–在減少吸收的輻射損失時使用同樣的方式,以使吸收劑選擇性通過減少的發(fā)射率系數(shù)為0.2。
–為干燥室開孔的部位應(yīng)能夠避免死角的形成。
5 結(jié)束語
雖然許多產(chǎn)品干燥的論文已發(fā)表在自然雜志上,但一些點(diǎn)必須強(qiáng)調(diào),目前,在我們看來,相比單獨(dú)的產(chǎn)品,本文提出了一個更大的領(lǐng)域:
l 眾所周知,空氣集熱器可用于干燥,特別是當(dāng)我們用這樣一種方式利用太陽能時,產(chǎn)品有沒有直接接觸太陽輻射。
l 呈現(xiàn)一些產(chǎn)生真正經(jīng)濟(jì)效益的產(chǎn)品,橘子皮,干燥動力學(xué)曲線已在準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)下描繪,可用于類似的應(yīng)用程序,并在本文的第一部分有提到。
l 本文的第二部分,主要是對一個真正的空氣干燥器系統(tǒng)2個主要的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了處理:
–擋板的存在,即使在低空氣流量也可以提高太陽能集熱器的效率。
–自然對流和強(qiáng)制對流之間的結(jié)合,通過使用風(fēng)扇,盡可能精確地控制干燥過程中的質(zhì)量。
致謝
作者要感謝安妮在寫論文的最后一個版本的幫助。
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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
題 目:10立方米太陽能熱風(fēng)干燥箱設(shè)計(jì)
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設(shè)計(jì)(論文)題目:10立方米太陽能熱風(fēng)干燥箱設(shè)計(jì)
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20XX年 3 月 6 日
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論 文)開 題 報 告
1.結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題情況,根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料,每人撰寫
2000字左右的文獻(xiàn)綜述:
文 獻(xiàn) 綜 述
能源在全球各個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民生活、社會進(jìn)步等領(lǐng)域都是必不可少的物質(zhì)基礎(chǔ)。它既是國民發(fā)展的動力,同時也是權(quán)衡一個國家國力、人民生活水平以及國家文明發(fā)達(dá)程度的重要指標(biāo)之一。保持穩(wěn)定的能源供應(yīng),自古至今一直是每個國家發(fā)展的重中之重[1]。伴隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的不斷加快,能源消耗量也在不斷增大,能源利用的方式也在不斷地細(xì)化深化,但與此同時,能源的生產(chǎn)和消費(fèi)的方式與環(huán)境保護(hù)之間的沖突也越來越明顯。
由于環(huán)境保護(hù)的日益重要,各國都在積極尋找解決溫室氣體排放問題的方法,可再生能源特別是太陽能利用成為關(guān)注的重點(diǎn) [2]。
太陽能是一種清潔能源,又屬于可再生能源,而且,我們又是在免費(fèi)使用它,又不需要進(jìn)行運(yùn)輸,最重要的是它對環(huán)境不會造成污染和破壞[3]。但太陽能也有兩個主要缺點(diǎn):一是能量密度低;二是太陽能的強(qiáng)弱會受各種各樣因素的左右,從而不可能保持在一定的量,這兩個缺點(diǎn)極大地制約了太陽能在各方面的推廣。
我國由于地域遼闊,所以太陽能資源相當(dāng)豐富,全國大概有60%左右的地方年總輻射量都在500萬kJ/ m2以上 ,而且年日照時數(shù)更是達(dá)到2000h以上[4]。其中尤其要數(shù)以青藏高原為代表的中南部地區(qū)的太陽能資源最為豐富,年平均達(dá)670一840萬kJ/㎡,這個值與撒哈拉沙漠地區(qū)[5]相近。在我國除了這些地方之外,由于終年比較潮濕,每年太陽輻射量肯定與西北地區(qū)無法相比,但由于氣溫高,太陽能干燥設(shè)備的熱損失就會相對小,太陽能的可利用系數(shù)屬我國最大。自1975年以來,我國對太陽 能干燥技術(shù)的研究開發(fā)和推廣應(yīng)用,進(jìn)行了大量工作,取得了可喜的成果。
1.太陽能干燥技術(shù)及其利用
干燥,是農(nóng)產(chǎn)品制造與儲存過程中的極其重要程序。就目前而言,中國絕大多數(shù)食品加工企業(yè)多數(shù)采用的都是常壓的熱風(fēng)干燥法[6]。太陽能干燥,就是使用太陽能輻射所產(chǎn)生的熱量,使產(chǎn)品中的水分減少,達(dá)到干燥的目的。目前,世界上使用太陽能進(jìn)行干燥的裝置主要有以下這幾種類型:集熱器式干燥、溫室式干燥、太陽能集熱器與熱泵系統(tǒng)聯(lián)合供熱干燥、集熱器和溫室結(jié)合式干燥等[7]。
1.1太陽能干燥的利用
1.1.1太陽能干燥農(nóng)副產(chǎn)品
在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程和農(nóng)副產(chǎn)品加工生產(chǎn)的過程中,為了方便對農(nóng)副產(chǎn)品進(jìn)行運(yùn)輸和存儲,干燥便成了其中一個十分重要的環(huán)節(jié),當(dāng)然這個環(huán)節(jié)也是耗能量非常大的環(huán)節(jié)。經(jīng)過許多試驗(yàn)證實(shí),使用太陽能干燥相關(guān)產(chǎn)品的所用時間較短,具有衛(wèi)生質(zhì)量高、效率高、品質(zhì)好等許多優(yōu)點(diǎn),飽受贊譽(yù)[8],使產(chǎn)品擁有較高的經(jīng)濟(jì)效益[9]。如今有專家對太陽能干燥這些產(chǎn)品的各種項(xiàng)目進(jìn)行了解析,涉及到方方面面,如:龍眼[10]、香蕉片[11]、無核白葡萄、谷物[12]、魚和枸杞 [13] 等,這些研究的成果都表明干燥后產(chǎn)物的質(zhì)量都有了一定的提高[14]。上述這些成果都能表明用太陽能進(jìn)行干燥的產(chǎn)品它的質(zhì)量依然是能夠獲得肯定的。用太陽能干燥設(shè)備對谷類進(jìn)行干燥時,投入相對較少,但是干燥量相對的也少,一般適應(yīng)于個人農(nóng)戶,但是溫室型能夠去除不良天氣的涼曬等一些問題; 蔬菜與果品,對蔬菜進(jìn)行干燥的目的主要是為了更好地保存,這樣有利于降低果蔬包裝和運(yùn)輸?shù)某杀尽?
1.1.2太陽能干燥藥材
眼下,太陽能干燥在干燥藥材方面也有著十分廣泛的應(yīng)用,對國內(nèi)的中草藥材的干燥處理,主要是依靠露天攤曬和烘房烘烤兩種方式,這是這兩種方式受氣候影響十分嚴(yán)重,而且也造成原料得發(fā)霉和不清潔等不利影響;另一方面也是由于對烘房內(nèi)的各種因素條件不能及時的進(jìn)行監(jiān)測與控制,例如相對濕度、溫度、物料脫水量等等,這樣便會造成藥材藥性的大量損失。中草藥如果能使用太陽能來干燥,就能獲得比較不錯的經(jīng)濟(jì)收入,其中是因?yàn)橹胁菟幒枯^高,干燥時所消耗的能量較大;另外大部分中草藥的性味比較的厲害,不能對其進(jìn)行高溫的加快干燥。以我國珍貴的三七[15]為例,因?yàn)楫?dāng)前科學(xué)技術(shù)一系列問題,到目前為止絕大部分農(nóng)戶依然繼續(xù)用簡陋的露天天然曬干等方式對其干燥。這種干燥方法有很多缺點(diǎn),例如進(jìn)行干燥的占地的面積過大,占用大量城市道路交通等,給城市交通安全等問題造成了相當(dāng)大的壓力;也是因?yàn)槔鲜笙x害、大氣污染等問題的產(chǎn)生,對干燥之后的產(chǎn)品產(chǎn)生了相當(dāng)大的不良影響。還有很多藥材也是這樣,例如陳皮[16]。所以,利用合理、高效的利用太陽能來干燥中草藥顯得相當(dāng)重要,這樣才能獲得更好的經(jīng)濟(jì)利潤 ,這也是最近這些年年來世界上各個國家大多數(shù)太陽能熱利用研究的熱點(diǎn)之一[17-22]。
1.1.3太陽能干燥木材
到現(xiàn)在為止,全世界各個國家使用太陽能來干燥木料的使用的范圍非常小,其中絕大多數(shù)都是簡單的溫室型的干燥器,而且其中大部分的體積通常比10m3小 ,根據(jù)相關(guān)方面的統(tǒng)計(jì),現(xiàn)在全球僅僅擁有三百多個使用太陽能輻射來干燥木料的干燥室,其中中國有近 20 個。這是因?yàn)槟静脑谧匀桓稍锏倪^程中都是很容易變形的,而且經(jīng)常會出現(xiàn)龜裂等情況,這樣大大影響木材的品質(zhì),如果采用太陽能干燥,這樣就可以很大程度上減少木材的龜裂情況的出現(xiàn)[23]。木料的除濕過程是木料加工時耗能最多的程序之一, 大概會占到加工總耗能的 42%~73%[24]。干燥過時會造成的大量污染,這也是我國環(huán)境破壞的源頭之一, 因此干燥過程中的節(jié)約能源,保護(hù)環(huán)境問題是重中之重。
1.1.4太陽能干燥在其他方面的應(yīng)用
太陽能干燥也還在其他很多方面有著大量的使用,例如,該技術(shù)在鹽業(yè)方面的利用也有了持續(xù)的增強(qiáng),在現(xiàn)在食用鹽生產(chǎn)過程中,食鹽是鹵水中提出的大粒鹽須經(jīng)過粉碎、洗鹽、離心脫水、加碘、干燥等工藝,產(chǎn)品含水在0. 5%以下才能包裝儲存[25]。干燥設(shè)備通常采用振動式流化床或固定式流化床,并配備鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、熱源、除塵器等。
2.太陽能熱風(fēng)干燥系統(tǒng)
2.1太陽能集熱器
集熱器是一種十分重要的裝置,可以把太陽輻射能轉(zhuǎn)換為熱量,它也是太陽能利用過程中的重要裝置[3]。按照集熱器的傳熱工質(zhì)的物態(tài)可分為液體和空氣集熱器兩大類;按照集熱器是能聚光把它分為非聚光和聚光兩大類;根據(jù)集熱器能否抽真空可分為平板型集熱器和真空管型集熱器兩類;按照集熱器的工作溫度范圍的不同可以把集熱器分為低溫集熱器、中溫和高溫集熱器這三類集熱器。
空氣集熱器是太陽能干燥器中的相當(dāng)重要的部件[26]。因?yàn)檎婵展芴柲芗療崞鲹碛猩釗p失小,保溫效果較好,抗凍能力相對較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)(在南極等極寒地區(qū)都有優(yōu)良的表現(xiàn));真空管面對臺風(fēng)時的阻力小,抵抗臺風(fēng)的能力強(qiáng),熱效率更是高達(dá)93%,系統(tǒng)熱效率也能達(dá)到46%。它的使用時間也是相對較長的,因?yàn)樗挠昧鲜歉吲鸸璨A?,它的里外涂層在環(huán)境里不會被氧化,在不會受外力作用的條件下使用時間可以超20年以上。
1. 內(nèi)玻璃管 2.太陽選擇性吸收圖層 3.真空夾層 4.罩玻璃管
5.支撐件 6.吸氣膜 7.吸氣劑
圖1 真空管集熱器的結(jié)構(gòu)示意
2.2干燥箱
干燥箱一般情況下為一的箱體,它的向陽的一面和上面通常蓋有平板玻璃,剩下的面都是用來隔熱的夾層,干燥箱材料選用和集熱器大致是相同[27]。
2.3擱架與擱板
它們的材料的選取比較簡單,一般就選用普通常見的金屬材料就可以。擱架一般固定在干燥室的內(nèi)側(cè),擱板是一種活動的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),擱板的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的孔眼大小選擇應(yīng)該足以保證被干燥的物料不會從中漏下。
2.4風(fēng)機(jī)
如果擱板上已經(jīng)擺放好了準(zhǔn)備要干燥的產(chǎn)品后,將會對干燥箱內(nèi)空氣的流動產(chǎn)生一定程度的阻力,為了在干燥室內(nèi)產(chǎn)生一個相對良好的風(fēng)速,所以應(yīng)該在干燥室的頂部放置一臺風(fēng)機(jī);調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的風(fēng)力的大小便可以方便地調(diào)節(jié)干燥箱中的空氣流速和通風(fēng)量,并且能及時將濕空氣排出干燥箱[26]。
3.工作過程
1.太陽 2.風(fēng)機(jī) 3.太陽能空氣集熱器 4.管道 5.干燥箱
圖2 太陽能熱風(fēng)干燥機(jī)結(jié)構(gòu)
如何確定太陽能熱風(fēng)干燥機(jī)集熱器的安裝傾角,這個角度應(yīng)該和當(dāng)?shù)氐木暥然颈3窒嗤鐖D2,這樣做是為了保證充足的日照。以玉米的干燥為例,被干燥的玉米攤放在各個擱板上,并且層層分開一一擺放在干燥箱的擱架上,最后再開始對玉米進(jìn)行干燥。
太陽輻射在穿過太陽能空氣集熱器上的玻璃蓋板后,然后照射到集熱器的吸熱板上,太陽能被吸熱板吸收并與此同時轉(zhuǎn)換成熱能,該熱能用對熱集熱器內(nèi)的空氣進(jìn)行加熱,使空氣的溫度漸漸的上升。在風(fēng)機(jī)的推動下,導(dǎo)致干燥室內(nèi)的空氣壓力逐漸下降,同時,熱空氣由于密度較低,具有向上流動的趨向,正是這樣才使空氣持續(xù)地向干燥室內(nèi)進(jìn)行流動。
加熱后的氣流將熱量傳導(dǎo)給擱板上等待被干燥的物料,這樣就會使物料中的水分持續(xù)氣化并且減少。上升的熱氣流會把水汽從中帶走,這樣就達(dá)到干燥物料的目的。在風(fēng)機(jī)的作用下將潮濕的熱氣排出到干燥室外,與此同時便實(shí)現(xiàn)了干燥介質(zhì)之間的強(qiáng)制循環(huán)和強(qiáng)化對流換熱[28],完成這些后便可以減短干燥的周期。
4.適用范圍
該干燥箱主要能應(yīng)用于那些想要比較高的溫度又同時獲得一個清潔干燥的產(chǎn)品,如玉米[29]等一些常見的谷類;鹿茸和黃芪等中藥材;煙葉[30]、瓜子、茶葉、啤酒花、桂圓和紅棗等常用于生活的農(nóng)副產(chǎn)品。
5.結(jié)束語
干燥這個行業(yè),耗能相對較高,所以節(jié)能減排的任務(wù)也相對較重[31]。在我國,許許多多的農(nóng)產(chǎn)品、林業(yè)產(chǎn)品與食品,其中大多數(shù)都適于利用太陽能的低溫或中溫進(jìn)行干燥,也能對部分溫度較高時的干燥進(jìn)行提前干燥,相對而言,還是比較有未來的。眾所周知,太陽能是一種環(huán)保能源,所以太陽能干燥對于我國提倡的一些環(huán)境保護(hù)的政策有積極響應(yīng)的作用,近年來,我國相關(guān)部門對太陽能干燥這方面的產(chǎn)業(yè)也給予很多政策性支持,同時也加大對其的宣傳力度。
本課題將以太陽能為能源進(jìn)行設(shè)計(jì)利用干燥箱,同樣起到了節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的效果,也具有現(xiàn)實(shí)意義。
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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論 文)開 題 報 告
2.本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段(途徑):
本課題是對以太陽能為能量來源的熱風(fēng)干燥器進(jìn)行設(shè)計(jì),通過空氣集熱器來收集熱量,來加熱通入的空氣,將加熱后的空氣(干球溫度:60℃、相對濕度:70%)通過風(fēng)機(jī)通入干燥箱(10立方米),使其內(nèi)的氣壓降低,同時,由于熱空氣的密度相對較小,所以便會具有一種向上流動的趨勢,于是熱空氣便會不斷地向干燥箱內(nèi)進(jìn)行流動,對干燥箱內(nèi)的物料不斷進(jìn)行干燥,這樣便能使物料中的水分不斷氣化并且減少。同時上升的熱氣流也能及時把水汽帶走,這樣便會達(dá)到干燥物料的目的。
1.太陽 2.風(fēng)機(jī) 3.太陽能空氣集熱器 4.管道 5.干燥箱
擬采用的研究手段:
(1)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇,干燥能力的設(shè)計(jì),干燥器使用地點(diǎn)的確定,確定該地區(qū)的經(jīng)緯度,海拔高度,日均太陽能輻射,年日照時數(shù),年均太能高度角等參數(shù);
(2)計(jì)算該系統(tǒng)確定的最大的排濕量的大小,由被干燥物體的含水率,排出的濕空氣溫度,相對濕度等數(shù)據(jù)計(jì)算得出;
(3)干燥過程耗熱量的計(jì)算,計(jì)算出在整個過程中的參數(shù)T1 d1,T2 d2,T3 d3。最后便能得出太陽能集熱器所能提供的有效熱量 Q1;
(4)集熱器的計(jì)算和選型,因?yàn)樵摷療崞鞯臒嵝矢?、使用時間長、價格較為適當(dāng)?shù)?,因此便選用真空管太陽能空氣集熱器。根據(jù)太陽能集熱器供給的有效熱量,日均太陽能輻射,真空管太陽能空氣集熱器效率計(jì)算出采光面積;
2. 內(nèi)玻璃管 2.太陽選擇性吸收圖層 3.真空夾層 4.罩玻璃管
5.支撐件 6.吸氣膜 7.吸氣劑
(5)風(fēng)機(jī)的選用,計(jì)算整個過程提供的風(fēng)量及風(fēng)阻大小,以此來決定風(fēng)機(jī)的型號。
設(shè)計(jì)時應(yīng)該注意的問題:
(1) 由于太陽能屬那種間歇性的能源,一個光照相對可以的地方,地面上1㎡大小的地方能夠接收到的能量只有1kw,所以要想滿足大部分的使用要求,通常需要一個相當(dāng)大的采光面積,這樣就會使裝置面積變大、裝置所用的材料也會增多多、同時便會使成本逐漸增加;
(2) 由于太陽能比較容易受天氣的影響,便給太陽能的使用帶來不少麻煩,而這對于太陽能的干燥來說,這樣勢必會造成設(shè)備初期的投資會較高、系統(tǒng)也不會那么穩(wěn)定、同時便造成干燥周期變長等一系列問題;
(3) 為了保證干燥效率,使結(jié)構(gòu)緊湊,安裝時應(yīng)注意;
(4)在設(shè)計(jì)制造時應(yīng)當(dāng)按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),同時符合鍋爐設(shè)計(jì)制造的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論 文)開 題 報 告
指導(dǎo)教師意見:
1.對“文獻(xiàn)綜述”的評語:
2.對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計(jì)(論文)結(jié)果的預(yù)測:
指導(dǎo)教師:
年 月 日
所在專業(yè)審查意見:
負(fù)責(zé)人:
年 月 日
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