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任務書 課題名稱 2HP熱泵干燥機的設計 院 （系） 專 業(yè) 姓 名 學 號 起訖日期 指導教師 畢業(yè)設計（論文）的內(nèi)容和要求 課題：2HP熱泵干燥機的設計 本畢業(yè)設計課題結合產(chǎn)品開發(fā)，要求學生有一定的工程能力，本課題選題合理，工作量飽滿，機械制圖要求比較高。 學生通過本課題的設計可以綜合大學4年所學知識的運用能力，特別是工程熱力學、傳熱學、流體力學、制冷、熱泵技術及相關專業(yè)課程的知識應用，同時有要有一定創(chuàng)新能力。本畢業(yè)設計資料比較欠缺，所設計要求學生進行設計計算、總裝圖和零部件圖紙的設計，通過本畢業(yè)課題的設計有利于學生工作盡快適應工作崗位的要求設計。 主要設計參數(shù)： 已知環(huán)境條件： 干球溫度：60℃ 相對濕度：70% 壓縮機功率：2HP 制冷劑：R22 主要內(nèi)容： 熱泵干燥機的設計主要是單級壓縮熱泵循環(huán)中蒸發(fā)器和冷凝器的設計： 1、查閱資料，要求查閱相關資料，中文文獻25篇以上，英文文獻5篇以上，了解冷除濕機工作原理，寫文獻綜述，并作開題報告； 2、環(huán)境工況及需求分析； 3、熱泵循環(huán)熱力計算： 4、蒸發(fā)器、冷凝器的設計計算； 5、圖紙設計，重點在總圖和各換熱器的設計圖紙上。 一、 畢業(yè)設計（論文）圖紙內(nèi)容及張數(shù) 設計部分：2HP熱泵干燥機的設計 內(nèi)容：1、零部件圖紙（折1#圖紙6張以上） 2、完成干燥機的設計說明書； 3、完成干燥機的設計； 二、 實驗內(nèi)容及要求 無 三、 其他 無 四、 參考文獻 1． 制冷技術及其應用； 2． 制冷原理與設備； 3． 工程熱力學； 4． 傳熱學； 5． 流體力學； 六、畢業(yè)設計（論文）進程安排 起訖日期 設計（論文）各階段工作內(nèi)容 備 注 文獻綜述、英文資料翻譯 開題報告 系統(tǒng)的設計計算 圖紙設計 寫論文，準備答辯 4 熱泵干燥機性能 摘要：我們提出了一個簡單的關于熱泵干燥機干濕過程的數(shù)學模型。一個叫“接觸系數(shù)”的術語被用于描述干燥室的理論模型中。關于干燥率的不同類型產(chǎn)品的實驗數(shù)據(jù)被用來預測這個干燥機接觸系數(shù)的值。我們研究各種參數(shù)帶來的影響，例如接觸系數(shù)，進氣條件和熱泵干燥器性能上的水分去除率。驗證得到干燥器的非三維接觸系數(shù)對于干燥空氣入口溫度是不敏感的。最后，提出用性能圖表來指導選擇熱泵干燥器的組件。 關鍵詞 熱泵 干燥 接觸系數(shù) 建模 簡介 干燥技術不僅是最古老食品保藏形式之一，也是許多化工和加工工業(yè)中的一個常見單元操作。在傳統(tǒng)干燥機中，濕空氣是從干燥機中排放到大氣中，這會導致蒸發(fā)的水分含量顯熱和潛熱的損失。相反，結合熱泵的干燥機，潮濕的空氣離開干燥機后會被回收，除濕，混合新鮮空氣再預熱，然后返回到干燥機中。因此熱泵干燥器是一個集成的熱泵系統(tǒng)的干燥。 Strommen（1980）用全封閉熱泵干燥機研究了鱈魚的干燥特性，并提出了一個半經(jīng)驗模型來預測鱈魚的干燥速度。 zyalla等人（1982）回顧了各種類型的干燥機的報道，當要求RH30%時，熱泵干燥機比其它的更有優(yōu)勢。一個關于熱泵除濕/干燥系統(tǒng)的性能實驗研究被TAI等人（1982）報道。干燥空氣被用于干燥懸浮在干燥器中濕的細麻布。當速度接近為1.6米/秒時，該系統(tǒng)達到最大的性能系數(shù)COPh。當過熱度是19 K時可以獲得速度為1.6米/秒的最小功率系數(shù)，SPCh。 Skevington等人（1987）報道了熱泵干燥機在食品加工過程中的兩個新的應用程序，即，蘋果脆片干燥，脫臭的羊肉。 Pendyala等人(1990a)報道了一個用來預測綜合熱泵輔助干燥器性能的數(shù)學模型。 Pendyala 等人(1990b)用兩個不同的制冷劑，R11和R12來進行了關于熱泵輔助干燥器的性能的研究。利用空氣流動速度的方法對熱泵輔助干燥器蒸發(fā)器和過熱工作流體的性能的影響進行了研究。 這個性能系數(shù)，COPh，和特定的功耗值，SPCh，分別求出使用R11為35和3500千焦耳/公斤，并對應于R12的值分別為2.5和1800千焦耳/公斤。由Jolly等人（1990）報道了用詳細數(shù)學模型研究關于熱泵輔助連續(xù)干燥系統(tǒng)的性能報告，并且這個模型被JIA等人(1990)用來針對幾個關鍵系統(tǒng)方面研進行究，如蒸發(fā)器空氣旁通比和換熱器的使用的熱泵輔助連續(xù)干燥系統(tǒng)性能。 這個旁通空氣比，總的質(zhì)量流量和所排出的空氣的質(zhì)量流率被確定為影響系統(tǒng)性能的關鍵參數(shù)。對環(huán)境條件一個開放的空氣循環(huán)熱泵干燥器被報道說比簡單的除濕熱泵干燥機更為敏感。由Jolly和 Jia 等人(1990)報道的用來證實數(shù)學模型的實驗研究預測了由Clements等人（1993）執(zhí)行的一個熱泵輔助連續(xù)干燥系統(tǒng)的性能。觀察到進入蒸發(fā)器的空氣的相對濕度從30％至80％增加，特定的水分提取速度給予兩倍增長，SMERh，并發(fā)現(xiàn)了總空氣流量和通過空氣的比例最佳值。 我們目前的工作是開發(fā)一個數(shù)學模型來研究熱泵干燥機的性能。我們的目標是獲得一個簡單的關于通用熱泵輔助機的設計和選擇的指導。我們提出了一個關于通用熱泵干燥器的描述，一個在phychrometric方程基礎上發(fā)展起來的理論模型，和幫助選擇熱泵輔助機的性能圖表。 系統(tǒng) 在這項工作中考慮的熱泵輔助干燥機（HPD）是由七個主要部分組成，即，一個壓縮機，一個外部和內(nèi)部的冷凝器，一個膨脹閥，一個蒸發(fā)器，一個室外空氣預熱器和再熱發(fā)生器。原理圖的HPD對低溫和高溫干燥的應用程序分別如圖1和圖2所示。在低溫和高溫干燥的空氣濕度過程分別如圖3和圖4所示。 在低溫干燥（LTD）的應用程序，產(chǎn)品從空氣中吸收水分，而后流經(jīng)干燥器。部分濕空氣從干燥器中排放到大氣中。剩余部分會經(jīng)過充當除濕機的蒸發(fā)器。在這里，濕空氣會因為冷凝將熱量傳給熱泵工作流體而失去部分水分。然后除濕后的空氣會和通過的空氣混合。這種混著新鮮空氣的新氣流吸入到該系統(tǒng)中，并越過被冷凝工作流體加熱的冷凝器。室外空氣預熱器和再熱器在低溫應用中一般是從系統(tǒng)脫離。 在高溫干燥（HTD）應用程序，離開干燥器的部分濕空氣在流過室外空氣預熱器時預熱進入系統(tǒng)的新鮮空氣后被釋放到大氣中。通過再熱發(fā)生器的預熱的新鮮空氣在此混合循環(huán)空氣即點8后通過干燥器，如圖2所示。 在HTD應用程序，再熱發(fā)生器的有效熱能被進入系統(tǒng)的新鮮空氣有效利用。 理論模型 在HPD中，考慮的主要參數(shù)包括壓縮機，冷凝器和蒸發(fā)器的容量，與室外空氣吸入的百分比和繞過蒸發(fā)器的空氣的量。參數(shù)的變化被一個非常狹窄的范圍所限制，因為它們必須匹配維護操作條件所需的HPD和對干燥機所需的進氣條件,否則會影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。 因此，對于HPD，知道在干燥過程中這些參數(shù)的變化對HPD的性能的影響是很必要的。我們采用基于基本溫濕方程的理論模型來模擬低溫和高溫熱泵輔助干燥機的性能，分別如圖1和圖2所示。一個術語“接觸系數(shù)”，常用于空調(diào)的應用程序（Norman，1983），使用于描述干燥室的模型中，表示農(nóng)產(chǎn)品和干燥介質(zhì)的轉(zhuǎn)移的熱量和質(zhì)量（水分）。 接觸系數(shù) 我們把干燥機的接觸系數(shù)定義為空氣在干燥機進出口之間的含濕量差值與在等同條件下進行的出口為飽和空氣的進出口含濕量差值的比值。因此， (1) 在完全飽和的條件下（100％RH）空氣離開干燥器的統(tǒng)一接觸因子。并且，干燥機的接觸系數(shù)決定了空氣離開干燥器的條件。眾所周知，產(chǎn)品的干燥是由復雜的傳熱傳質(zhì)機理控制的，而這又是受一些參數(shù)的影響，如流速，溫度，濕度，流經(jīng)干燥器的空氣方向，和干燥器的幾何結構。接觸因子的概念是試圖把干燥機看成一個“黑盒子”。作為一個函數(shù)的上述參數(shù)的干燥機接觸系數(shù)的值可以通過執(zhí)行各種改變這些參數(shù)的產(chǎn)品實驗體現(xiàn)。從干燥機中獲得產(chǎn)品的干燥速率的實驗數(shù)據(jù)和干燥機接觸系數(shù)有關。各種產(chǎn)品的干燥特性在 Strommen（1980），往后等人（1980）， Ratti 和Crapiste (1992）, Hawlader (1991）, Brunello 和Claudio (1982） 和 Batsale a和Puigalli (1985）的報告中報道的，和干燥器接觸因子的相應值列于圖5至圖10中。 Strommen（1980）中干燥空氣進入溫度為11°C和26℃給出的損失的鱈魚的重量百分比，被用來確定Strommen（1980）中干燥器的接觸系數(shù)。對于一個給定的穿過干燥器和干燥器空氣入口條件空氣流量，進入干燥器空氣含濕量，，和在完全飽和的情況下離開干燥器的空氣含濕量，，可以從濕度圖上看到。在Strommen（1980）提出的每10小時對干燥時間的鱈魚的體重損失百分比被用來計算離開干燥器的空氣水分除去率，（-）。干燥機的接觸系數(shù)也可以被定義為干燥器的實際水份除去率和最大可能的水分去除率的比值。對于一個給定的空氣流量，干燥器實際的水分去除率，是離開干燥器的空氣水分含量和進入干燥器的空氣水分含量之間的差異，并且在這種情況下，是從鱈魚的損失重量百分比獲得。另外，完全飽和空氣的水分含量，，和進入干燥器的空氣水分含量，，之間的差異決定，在干燥機中可以實現(xiàn)的最大可能的水分去除率。在方程（1）中使用的值，和外加每10小時計算的干燥值被用來計算干燥機的接觸系數(shù)的相應值。圖5示出了這樣運算出的干燥機的接觸系數(shù)，并且鱈魚的重量損失百分比的值也包括在內(nèi)用于比較。無論干燥器空氣入口條件，干燥器的接觸系數(shù)隨干燥時間的增加而減小。還應當注意的是，鱈魚的重量損失百分比對干燥時間，空氣入口條件11℃，60％RH和26°C，60％RH的變化，不反映在干燥機的接觸系數(shù)的相應值。 Saurez等人 （1980）獲得的大豆干燥特性和接觸系數(shù)的預測值如圖6中所示。由Saurez等人（1980年）研究了在不同的干燥空氣入口條件下大豆的干燥行為。根據(jù)不同的干燥空氣進氣條件。對于一個給定的時間t，則和的值從空氣入口條件下獲得，的值從大豆的水分含量預測得到，這些值是在方程（1）中用來計算干燥機的接觸系數(shù)的。大豆的水分含量和干燥器的接觸系數(shù)隨干燥時間的增加減少。這是顯而易見的，從圖6中可以看出大豆的干燥速率受進氣溫度強烈影響，而接觸系數(shù)很少受進氣溫度的影響。 圖7給出了 由Ratti 和 Crapiste (1992）獲得的在兩個不同的進氣口的條件45℃，50％RH和45℃，11％RH下的馬鈴薯切片水分含量比。這些接觸系數(shù)的值也在圖7所示。時間t內(nèi)預測水分去除量所用的水分含量比率，是在時間t的馬鈴薯磁盤水分含量和馬鈴薯磁盤初始水分含量的比值。 和接觸因子的值都被進氣的相對濕度的強烈影響，并隨干燥時間的增加而減少。 圖8給出了由Hawlader等人（1991）報告的西紅柿的干燥特性和干燥機的接觸系數(shù)相應值。對于一個給定的干燥機空氣進氣條件，Hawlader等人 （1991）研究了在80℃DBT，355℃下WBT和80℃DBT，36.6℃WBT的干燥空氣進氣條件下的西紅柿的干燥特性的空氣速度的效果。圖8給出的了空氣流速為0.4米/秒和1.8米/秒的西紅柿重量損失的值和相應由方程（1）預測的接觸系數(shù)的值，在圖8中我們可以看出，空氣流速在西紅柿的重量損失和干燥機的接觸系數(shù)方面有顯著影響，空氣流速的增加增加了西紅柿的重量損失，并降低的干燥機的接觸系數(shù)。 另外，圖5和6展現(xiàn)了進入的空氣的干球溫度在干燥機的接觸系數(shù)方面的影響，而圖7和圖8分別示出，空氣的相對濕度和空氣流速在接觸系數(shù)方面的影響。接觸系數(shù)很少被進氣溫度影響，如圖5和圖6中所示，然而它是被空氣的相對濕度及空氣流速強烈影響著，分別如圖7和8所示。這表明，對于一個給定產(chǎn)品，干燥機的接觸系數(shù)和干燥機進氣溫度是相對獨立的，并可能取決于流速和進入干燥機的空氣的相對濕度。這意味著，對于一個獲得給定干燥空氣的入口溫度和濕度的干燥機接觸系數(shù)可以用來描述其他具有相同的相對濕度的干燥空氣進氣條件下的產(chǎn)品的干燥速率。 圖9呈現(xiàn)了Brunello和Claudio（1982）所報告的高粱顆粒的水分含量和由方程（1）預測的接觸系數(shù)的相應值的。Brunello和Claudio（1992）研究了不同水分含量的高粱顆粒的干燥行為。正如預期的那樣，高粱粒的水分含量和接觸系數(shù)隨干燥時間的增加而減少。從圖9中可見，經(jīng)過測試的高粱顆粒的樣品的初始水分含量在高粱粒的干燥速率以及干燥機上的接觸系數(shù)方面不具有顯著影響。 在圖10中顯示了由Batsale和Puigalli（1985年）報告的杏仁的干燥特性的實驗結果和干燥機接觸系數(shù)的相應值。杏仁的水分含量和接觸系數(shù)的值隨著干燥時間的增加而減少。 提法 在低溫應用中，在點1處進入干燥室的干燥空氣中從干燥機的產(chǎn)品吸收水分到達點2。在點2的濕氣干球溫度T2，可以用函數(shù)的接觸系數(shù)方程（1）計算。從接觸系數(shù)的定義， (2) 哪里 在低溫的應用程序中，濕空氣中的一部分（1-X）被排到大氣中，在高溫的應用程序中，該空氣流在它被釋放到大氣中之前會先通過室外空氣預熱器來回收熱量。 對于公知的壓縮機容量和性能系數(shù)COP，吸入高溫熱泵干燥機的空氣的條件到繪制在點8處，通過室外空氣預熱器和再熱發(fā)生器已經(jīng)用下面給出的公式計算出。 離開室外空氣預熱器的空氣溫度T7，被給定為 (3) 離開再熱發(fā)生器的空氣溫度T8，被給定為 ASHRAE（1989）推薦的下面的等式被用來預測在點8處（T8）的空氣的溫度。 (4) 在高溫應用中在點6的離開冷凝器的空氣的條件可以在點1和點8的空氣條件的基礎上計算出來，這樣 和 (5) 在低溫應用中，離開冷凝器的空氣的條件和進入干燥機的空氣條件是一樣的。 由于離開冷凝器的空氣條件和冷凝器的容量是已知的，在點5處進入冷凝器的空氣的條件可以被計算， 從ASHRAE（1989）的相關提示預測的點5處的空氣的溫度T5被給定為 (6) 因為點5和點0的的空氣條件是已知的，所以在低溫應用程序中點4的空氣的條件可以用混合流方程預測。因此， 和 (7) 在高溫干燥的應用中，因為沒有除濕空氣和室外空氣之間的混合，在點4的空氣條件和點5處的保持相同。 所述蒸發(fā)器的容量Qe，為公知的壓縮機和冷凝器容量計算，可以表示為 (8) 冷凝水的焓，點3可表示為 (9) 等式（9）在等式（8）中的帶入 (10) 其中C1= 4.19, 和C2= 0.168 15. 通過蒸發(fā)器的空氣百分比Y可以計算為 (11) 解決數(shù)學模型 對于一個給定的干燥空氣進氣條件和干燥機的接觸系數(shù)，離開干燥器的空氣條件是由方程（2）計算得到。從零變化到統(tǒng)一的接觸系數(shù)，用于定義從產(chǎn)物中除去的水分的量。對應的最大可能的水分去除率的統(tǒng)一的接觸因子可以通過干燥機獲得，而零值代表的接觸因子表示沒有水分從產(chǎn)品流過干燥介質(zhì)的干燥過程/干燥機。因此，無量綱接觸系數(shù)的使用簡化了計算過程。 在HPD中再循環(huán)的空氣的量X，被假定來解決這個模型，并且作為決定系統(tǒng)容量的主要參數(shù)之一的X的值通常是在干燥產(chǎn)品和室外空氣條件的類型的基礎上選擇的。 在LTD的應用程序中，對于公知的壓縮機容量，，和性能系數(shù)，COP，空氣進入冷凝器的條件由等式（6）預測得到。在點5和點0的已知的空氣條件被用于等式（7）中來預測點4的空氣條件。 在HTD應用程序中，假定發(fā)電機的熱損失和室外空氣預熱器的有效性，并且方程（3）和（4）被用來計算在點8處的吸入系統(tǒng)的新鮮空氣的條件。方程（5）是點1和點8處的空氣流速和溫度的函數(shù)方程，它被用于預測點6處空氣的溫度，至于有沒有點5和4之間的空氣流混合，和LTD的應用程序中不一樣，LTD的應用程序中室外和再循環(huán)的空氣流會在點5處混合，點4的空氣條件保持不變。 在LTD和HTD應用程序中，點4和點2外加計算的空氣條件被用于方程（10）來預測離開蒸發(fā)器的點3的空氣溫度，T3，然后用在方程（11）來計算空氣經(jīng)過蒸發(fā)器的百分比。 結果 已開發(fā)一種計算機程序來計算HPD性能上的重要變量的影響。圖11示出了在15℃，60％RH和15℃，70％RH干燥空氣進氣條件下干燥機的水分除去率的接觸系數(shù)的影響。水分去除率隨接觸系數(shù)的增加而增加?？梢詮膱D11中推斷，對于一個給定的干燥機空氣進氣溫度和一個固定接觸系數(shù)值，水分去除率是空氣相對濕度的函數(shù)，并隨相對濕度的增加而減小。圖12中呈現(xiàn)了特定的水分提取率，SMERh的變化，其被定義為從干燥機除去轉(zhuǎn)變?yōu)檩斎敫稍餀C的能量的水分，與增加的水分去除率的比值。正如預期的那樣，SMERh，隨水分去除率的增加而增加。在圖13呈現(xiàn)了特定的功率消耗，SPCh，和干燥機中增加的水分去除率的變化。SPCh，是輸入到干燥器的能量和干燥器中除去的水分的比率。隨著水分除去率的增加，SPCh，初始啟動時以很快的速度下降，然后隨著水分去除速率的近一步增加而緩慢下降。冷凝器的特定功耗，SPCc，（用于冷凝器的能量與從干燥器中除去的水分的比值），和蒸發(fā)器的特定的功耗，SPCe（用于蒸發(fā)器的能量和從干燥器中除去的水分的比值）干燥機上的水分去除率分別在圖14和圖15所示。SPCc和SPCe的值，隨著干燥機的水分去除率的增加而減少。 性能圖表 基于一個參數(shù)分析，可直接用于熱泵干燥機的各種部件的選擇的性能圖表被準備好了。兩種性能圖表，每個都包括標記(1）,(2), (3)和（4）的四個模塊，繪制在15℃和75℃下的空氣進氣條件，分別在圖16和圖17所示。圖表繪制了熱泵干燥機處理95％的再循環(huán)空氣和5％的室外空氣。其他參數(shù)的假定值如下 （1）HPD的性能系數(shù)：8 （2）室外空氣預熱器的有效性：O.7 （3）發(fā)電機的熱損失：60％ （4）傳輸損耗：20％ ??（從發(fā)電機到壓縮機） 圖16和17標記（1）的模塊，也被稱為輸入模塊，提出在干燥室每千克每秒的干燥空氣除去的水分的量對在蒸發(fā)器上每秒冷凝的水分的量的效果。對于干燥器中一個已知的水分去除率，在蒸發(fā)器冷凝的水分的量可以從該模塊中得到。壓縮機的容量信息可以從模塊（2）得到，或者是壓縮機的模塊，在該模塊中熱泵干燥器的特定的功率消耗，SPCh，和在蒸發(fā)器的冷凝水的量是有關的。因此，壓縮機的容量可以直接從以在蒸發(fā)器的冷凝水的量的基礎上建立起來的模塊中讀出。模塊（3）或蒸發(fā)器模塊提供了蒸發(fā)器能力的信息，因為它顯示出特定的功耗，SPDh，和蒸發(fā)器的能力之間的關系。模塊（4）或冷凝器模塊敘述了冷凝器和蒸發(fā)器的能力。對于一個給定的蒸發(fā)器能力和從模塊（1）獲得的蒸發(fā)器冷凝，冷凝器的容量可以從該模塊得到。 干燥機的熱泵組件選擇的過程如下： （1） 首先，對于一個給定的被干燥的產(chǎn)品，每秒每公斤干燥空氣要除去的水分的量是被選擇的。 （2）在模塊（1），對于不同的干燥機的空氣入口條件，每千克每秒的干燥空氣除去的水分的量和 蒸發(fā)器中用于冷凝的水分的量是不一樣的，因此，對于一個已知的水分去除率，每秒每公斤的干燥空氣，垂直線必須要繪制到點（a）來選擇干燥器空氣入口條件。從點（a）所示，模塊（1）的y軸的水平線確定了蒸發(fā)器中水分冷凝的量。 （3）現(xiàn)在，為了預測所需的壓縮機的容量，從（a）點繪制一條水平線到模塊（2），一直延伸到它滿足和模塊（1）中（b）點相同的干燥空氣入口條件。從（b）點，一條垂直線繪制到模塊（2）的x軸，以選擇壓縮機容量。 （4） 為了選擇蒸發(fā)器的容量，從（b）點，一條垂直線一直繪制到模塊（3）（c）點。從（c）點，一條水平線繪制到模塊（3）的y-軸來讀取蒸發(fā)器的容量。冷凝器的容量（包括內(nèi)部和外部的冷凝器的容量），現(xiàn)在可以分別從模塊（2）和（3）得到的壓縮機和蒸發(fā)器的容量的基礎上的計算。 （5）為了獲得內(nèi)部冷凝器的容量，一條從（c）點繪制到模塊（4）的水平線滿足了為繪制在模塊（1）（d）點選擇的干燥空氣入口條件的曲線。從點（d）繪制一條垂直線到模塊（4）的x-軸來讀取內(nèi)部冷凝器的容量。從冷凝器的總容量和內(nèi)部冷凝器的容量的值，可以計算出外部冷凝器的容量。在LTD應用程序中外部冷凝器的使用都是很必要的。 應當指出的是， 因為此圖表需要干燥機水分除去的速率的信息，水分去除率可以在恒定干燥速率條件下獲得，但這通常會高于干燥速率降低條件下的，所以被用在這些組件的選擇上以確保在不利的條件下干燥機的有效運行。在恒定的干燥速率的條件下干燥機的接觸系數(shù)可以用在方程（1）中來實現(xiàn)水分去除率預測。 結論 一個基于基本溫濕方程的發(fā)展起來的理論模型研究了HPD的性能。接觸系數(shù)的概念被用于數(shù)學模型來描述在產(chǎn)品和干燥介質(zhì)之間的熱量和質(zhì)量（濕度）的傳輸過程。在不同的空氣進氣條件下的不同類型的產(chǎn)品的預測接觸系數(shù)的值被提出。結果表明，特定的水分提取率SMERh和特定的能量消耗SPCh都受干燥機的接觸系數(shù)強烈影響。干燥機的接觸系數(shù)只對進入干燥機的空氣的相對濕度和流速敏感。此信息將在實驗中有用，因為它允許不同溫度和相同濕度下的產(chǎn)品的干燥速率從一個單一的測試中估計。 使用數(shù)學模型生成的信息的基礎上準備的性能圖表被選作為HPD的組件的選擇指南。實驗將與在不同的干燥的空氣入口條件和空氣流量和干燥機的參數(shù)下的不同類型的產(chǎn)品進行分析，來驗證數(shù)學模型和預測這些干燥機的接觸系數(shù)。 命名法 CF 接觸系數(shù), 無量綱 COP 性能系數(shù), 無量綱 DBT 干球溫度, ℃ Cpa 空氣比熱容, kJ/kg℃ H2 點2的濕空氣的焓, kJ/kg H3 點3的濕空氣的焓, kJ/kg H4 點4的濕空氣的焓,kJ/kg H5 點5的空氣的焓, kJ/kg H6 點6的空氣的焓, kJ/kg H7 點7的空氣的焓, kJ/kg H8 點8的室外空氣的焓,kJ/kg H3W 點3濃縮水的焓, kJ/kg HLG 發(fā)電機熱損失, 百分比 QC 冷凝器容量, kW QE 蒸發(fā)器容量, kW QG 發(fā)電機輸入功率, kW QR 再熱器容量, kW SMER 特定水分提取速率, kg/kWh SPC 單位耗能量, kJ/kg T0 點0室外空氣干球溫度, ℃ T1 點1干燥空氣干球溫度, ℃ T2 點2濕空氣的干球溫度, ℃ T3 點3除濕空氣的干球溫度 ℃ T4 點4空氣干球溫度, ℃ T5 點5空氣干球溫度, ℃ T6 點6空氣干球溫度, ℃ T7 點7室外空氣干球溫度, ℃ T8 點8室外空氣干球溫度, ℃ T2WB 點2濕空氣的濕球溫度,℃ 點2濕空氣的含濕量, g/kg （空氣） 點3除濕空氣的含濕量, g/kg （空氣） 點4空氣的含濕量, g/kg （空氣） 點5空氣的含濕量, g/kg （空氣） 點8空氣的含濕量, g/kg （空氣） WBT 濕球溫度, ℃ WCO 壓縮機工作, kW WP 每克產(chǎn)品含水量 X 部分再循環(huán)空氣量 X0 產(chǎn)品初始含水量, g XT 在時間T的產(chǎn)品含水量, g Y 通過蒸發(fā)器的空氣百分比 下標 c 冷凝器 co 壓縮機 d 干燥機 e 蒸發(fā)器 h 熱泵干燥機 參考文獻 [1] ASHRAE (1989). 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(1982). ‘The potential for heat pumps in drying and dehumidification systems, I: Theoretical considerations’, Energy Research, 6, 305-322. 開題報告 學生姓名： 學 號： 所在學院： 專 業(yè) 設計(論文)題目： 2HP熱泵干燥機的設計 指導教師： 年 12 月 26 日 開題報告填寫要求 1．開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效； 2．開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見； 3．“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打印）在本開題報告第一欄目內(nèi)，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇（不包括辭典、手冊）； 4．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2004年4月26日”或“2004-04-26”。 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 1．結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫 2000字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 1、 課題背景 隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展、世界人口的劇增和人民生活水平的不斷提高，世界能源的需求量持續(xù)增大，能源資源的爭奪日趨激烈，如何節(jié)能已經(jīng)成為當今世界的一大主題。干燥是一項耗能較大的工藝過程，大約生產(chǎn)過程中總能耗的6%用于干燥過程，所以干燥過程具有很大的節(jié)能潛力。熱泵是利用一定量的低溫熱能來獲得較高溫度、可供利用熱能的熱力系統(tǒng)，它可以有效的回收濕空氣中的熱量，減少循環(huán)空氣的直接排放。 2、 熱泵干燥機簡介 熱泵實質(zhì)上是一種熱量提升裝置，高溫熱泵烘干機組利用逆卡諾[23]原理，從周圍環(huán)境中吸取熱量，并把它傳遞給被加熱的對象（溫度較高的物體），其工作原理與制冷機相同，都是按照逆卡諾循環(huán)工作的，所不同的只是工作溫度范圍不一樣。 3、 熱泵干燥機的基本原理 熱泵干燥裝置主要由熱泵和干燥器兩大系統(tǒng)組成。熱泵干燥機組主要由熱泵(制冷)系統(tǒng)(壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流裝置等)和空氣回路(離心風機和干燥室等)組成。如圖1，高溫干熱空氣進入干燥室，帶走被干燥物體的水分，變?yōu)闈駸峥諝獬鰜恚蝗缓筮M入蒸發(fā)器進行冷卻除濕，首先冷卻至露點，再進一步冷卻使水分從空氣中凝結出來，然后進入冷凝器處吸收熱量后，變?yōu)楦邷馗蔁峥諝?，再進入干燥室內(nèi)提高溫度及吸收被干燥物體的水分，完成循環(huán)。而制冷劑在蒸發(fā)器中吸收來自干燥過程排放廢氣中的熱量，由液體蒸發(fā)為蒸汽，經(jīng)壓縮機壓縮后送到冷凝器中，在高壓下制冷劑冷凝液化，放出高溫的冷凝熱去加熱來自蒸發(fā)器的降溫去濕的低溫干空氣，把它加熱到要求的溫度后進入干燥室內(nèi)作為干燥介質(zhì)循環(huán)使用，液化后的制冷劑經(jīng)膨脹閥再次回到蒸發(fā)器[1]內(nèi)。 三、評價干燥機工作效率的主要指標 在干燥技術中評價其效率的指標[2-3]有：SPC(除濕能耗比kJ/kg)、COP(熱泵系統(tǒng)的性能系數(shù))、MER(單位時間除濕量kg/h)、SMER(單位能耗除濕量kg/kW·h) SPC 是評價一個干燥機性能的傳統(tǒng)指標，是耗功量與除濕量之比，COP 只反映了熱泵系統(tǒng)的性能而沒有考慮整個干燥系統(tǒng)，MER 考慮的是干燥系統(tǒng)干燥產(chǎn)品的輸出量，SMER 能夠較好的反應能量利用效率。一般主要使用它作為干燥機工作效率的主要指標。 單位能耗水分排除量：SMER=水分蒸發(fā)量/干燥機消耗的能量 （kg/kW·h） 4、 使用場所 高溫熱泵烘干機組適用于賓館酒店的床上用品的烘干，海產(chǎn)品、蔬菜脫水、AD黑銀耳、瓜子、花生、果蔬、肉制品、腸衣、煙葉、皮革、香菇、枸杞、干果、蚊香、貢香、布料、衣物、糧食谷物、掛面、腐竹、肥料、藥品、中藥材、紙品、木材[16-18,22]、種子、污泥、石膏、五金產(chǎn)品、冶金產(chǎn)品、礦山副產(chǎn)品、化工產(chǎn)品、煙氣脫硫石膏、粘土、牧草、烤煙、粉煤、煤泥、褐煤等的烘干。在工業(yè)熱水方面，還可滿足電鍍廠電鍍液的恒溫、屠宰場高溫熱水的加熱和保溫、星級酒店高溫熱水的供應和工業(yè)企業(yè)高溫熱水的需求。 五、技術前景 物料烘干過程是一個巨大的耗能過程，據(jù)統(tǒng)計，在大多數(shù)發(fā)達國家里用于烘干所消耗的能量占全國總能耗的7%-15%，而熱效率僅為25%-50%，并且大部分烘干過程特別是對熱敏性物料（例如食品和生物物料）都會對其色澤、營養(yǎng)、風味和組織產(chǎn)生影響。熱泵烘干技術[24-28]具有能源消耗少，環(huán)境污染小、烘干品質(zhì)高、適用范圍廣等優(yōu)點，其優(yōu)異的節(jié)能效果已被國內(nèi)外的各種試驗研究所證明。 六、熱泵干燥機的特性 1、 熱泵干燥機的優(yōu)點 （1） 節(jié)能。熱泵干燥機的最大優(yōu)勢就在于其節(jié)能效率高，傳統(tǒng)的開式電加熱干燥法將干燥室出來的濕度大以及溫度相對高的空氣直接排入大氣，浪費了其中大量的顯熱和潛熱, 且開式循環(huán)的性能隨環(huán)境空氣狀況的變化而變化。而熱泵干燥系統(tǒng)將從干燥室出來的含有相當焓值的熱能的濕熱空氣，通過蒸發(fā)器回收部分熱量，再進入熱泵系統(tǒng)循環(huán)。 （2） 干燥的質(zhì)量比較好。因為熱泵干燥機一般都會安裝在線傳感器和較精確的控制裝置，然后通過控制熱泵干燥機的蒸發(fā)器和冷凝器的溫度來實現(xiàn)實時控制。 （3） 與其他干燥裝置相比，更加節(jié)約干燥時間。低溫干燥技術一般需時較長，傳統(tǒng)的干燥器在干燥后期由于干燥介質(zhì)的濕度與干燥物料的濕度相差不大，從而導致效率降低。而熱泵干燥機組可以利用蒸發(fā)器的除濕作用使效率提高。 （4） 與其他傳統(tǒng)的干燥技術相比，利用熱泵干燥技術將減少CO2 的排放，降低環(huán)境污染。 2、熱泵干燥機的缺點 （1） 初投資比較大。 （2） 維護要求比較高。熱泵干燥機組的壓縮機、熱交換器等都需要定期檢查和維護，使機組在良好狀態(tài)下運行。 （3） 制冷劑泄漏。因為裝置設有加壓系統(tǒng)，可能會引起管道開裂等，從而導致制冷劑泄漏。 七、國內(nèi)外熱泵干燥機的一些技術改進與改革 1、采用聯(lián)合熱泵干燥機：在熱泵干燥系統(tǒng)中采用高頻電磁波或紅外線加熱源作為輔助的加熱，將提高干燥速度，同時減少熱泵系統(tǒng)本身的熱負載量。 2、在蒸發(fā)器前布置外部換熱器：將外部換熱器布置在蒸發(fā)器入口前，能將干燥后的潮濕空氣中的顯熱和部分潛熱排入環(huán)境，降低了蒸發(fā)器負荷，提高了除濕效率，但受環(huán)境影響較大。 3、安裝回熱器：安裝回熱器[4]的熱泵可以利用從蒸發(fā)器出來的冷空氣來預冷蒸發(fā)器前的高溫高濕空氣，既可以降低蒸發(fā)器負荷，又提高了除濕效率，同時不受環(huán)境影響，還可回收部分熱量到冷凝器發(fā)揮作用。 4、加裝輔助冷卻器：在蒸發(fā)器前布置輔助冷卻器[4]，可以減小蒸發(fā)器的熱負荷，減小傳熱溫差，降低了系統(tǒng)的能量損失。 5、利用相變材料貯熱的熱泵干燥機：一般地，當熱泵干燥機的干燥溫度達到干燥所需的溫度后，常采用尾氣排放或者調(diào)節(jié)輔助冷凝器的流量來控制干燥溫度的穩(wěn)定。因此使得機組排放掉部分熱量，使總能耗增加。我們可以采用相變材料的貯能特性，回收這部分能量，提高熱泵干燥機組的節(jié)能效果[5]。并且在需要熱量時將貯存的能量釋放給干燥空氣。經(jīng)過實驗證明，相變材料在熱泵干燥機組中的應用大有節(jié)能潛力。 6、采用高溫工質(zhì)的熱泵干燥機：在熱泵干燥機組中使用高溫工質(zhì)[6]，達到提高除濕機的出口風溫的目的。目前有清華大學研制的高溫環(huán)保工質(zhì)HTR01，配合R22 壓縮機組成熱泵循環(huán)的高溫除濕干燥機[15]。 7、在熱泵干燥機組中采用流化床：目前應用的熱泵干燥裝置大多使用箱式結構的，干燥室內(nèi)的傳熱傳質(zhì)效率低，干燥不均勻、干燥時間長，干燥產(chǎn)品質(zhì)量受到影響。而在干燥系統(tǒng)中采用熱泵流化床[7]將進一步的發(fā)揮熱泵低溫干燥的優(yōu)勢，并且由于顆粒懸浮于干燥介質(zhì)中，使得干燥介質(zhì)與固體接觸面積較大，加上物料劇烈攪動，大大的減少了氣膜阻力，使得傳熱傳質(zhì)效率高。 8、采用輔助蒸發(fā)器：輔助蒸發(fā)器[8]主要用于快速泵熱升溫，將干燥室溫度快速升高到干燥所需的溫度。經(jīng)試驗研究得出：具有輔助蒸發(fā)器的熱泵干燥機組，不但能夠完全實現(xiàn)傳統(tǒng)電輔助熱泵千系統(tǒng)的升溫效果，而且節(jié)能高效，且在干燥初期，熱泵干燥機組利用輔助蒸發(fā)器泵熱升溫可以明顯提高物品的除濕速度。 9、采用輔助冷凝器：采用輔助冷凝器[9]主要是將冷凝器分為兩部分，其中一個作為輔助冷凝器向外界環(huán)境放熱。這種結構的冷凝器將可以使干燥溫度控制靈活方便，通過調(diào)節(jié)輔助冷凝器的流量來維持干燥溫度穩(wěn)定。由于輔助冷凝器的換熱系數(shù)較高，只需一般性的換熱器。當用輔助冷凝器加熱外界空氣對物料進行預干，可回收這部分溫度較高的冷凝熱，節(jié)約能源，提高系統(tǒng)效率。 10、使用惰性氣體作為干燥工質(zhì)的熱泵干燥機[10-11,19-21]:主要是利用惰性氣體代替一般使用的空氣作為干燥介質(zhì)，比如使用CO2、N2 等。 11、使用穿流式熱泵氣調(diào)干燥機[12]：該設備主要是改變干燥過程中傳統(tǒng)的靠不斷吸入新鮮空氣來排出高溫廢氣的形式，以定量的氣體為載熱體和載濕體，在系統(tǒng)內(nèi)完成傳熱、傳質(zhì)、脫水和去濕的過程。且配置氣調(diào)機構，降低定量氣體中氧氣含量，以物理方法抑制果蔬、食用菌干制過程氧化和酶促褐變。 12、太陽能- 熱泵干燥系統(tǒng)[13]：干燥系統(tǒng)的供熱與濕空氣的排濕由太陽能加熱系統(tǒng)和熱泵除濕機二者配合起來完成。二者既可單獨使用，也可聯(lián)合使用。如果天氣晴好，氣溫高，則可單獨使用太陽能加熱系統(tǒng)；天氣不好或夜間，即可由干燥機來承擔干燥的供熱與除濕任務。 13、貧氧熱泵干燥機[14]：它由熱泵源與干燥室組成，其特征是熱泵源一端通過管道與干燥室相連，另一端通過管道與循環(huán)風機的一端相連，循環(huán)風機的另一端通過管道與貧氧發(fā)生器的一端相連，貧氧發(fā)生器的另一端通過管道與干燥室相連，它是在不改變原有傳統(tǒng)熱泵系統(tǒng)的前提下，在空氣循環(huán)回路中置入一個燃燒環(huán)節(jié)，故可利用燃燒消耗空氣中的氧，使氧變成二氧化碳，并可提供熱能補充，故結構簡單，操作方便。 八、結論 熱泵干燥機以其節(jié)能的特性而被社會廣泛應用。我們不斷地研究和發(fā)展熱泵干燥機就是不斷地提高其熱效率、提高其穩(wěn)定性、提高其智能化、提高其環(huán)保性能，朝著節(jié)能減排、產(chǎn)品更經(jīng)濟的方向發(fā)展。 參考文獻： [1] 馮英, 陳楊華, 熱泵干燥機的現(xiàn)狀與應用展望[J]. 能源研究與管理, 2010, 27（2）:53- 55． [2] 戰(zhàn)劍鋒, 李鵬, 陶毓博. 木材太陽能干燥技術的實踐與應用[J]. 林業(yè)機械與木工設備, 2004,32 (8):32. 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