【摘要】：干燥是众多行业所需的重要工艺过程,在农业、工业等领域有着广泛的需求。热泵干燥技术具有能耗低、干燥产品质量高、易于操控、环保等优点,对于缓解我国能源紧张局面、改善环境质量具有重要意义。热泵干燥系统分为开式、闭式、半开式三种形式,各有优缺点及适用性,闭式热泵干燥系统在节能降耗及提高干燥品质方面更为显著,但内部蒸发器的除湿调控技术及机组性能一直是热泵干燥亟需解决的问题,如何通过系统形式的设计及采用合理的控制技术是闭式热泵干燥技术的关键,本文根据工艺要求对闭式热泵干燥系统的设计方法进行了探讨,设计并搭建了对应的闭式热泵干燥系统,对闭式热泵干燥室的气流组织和温度分布进行了仿真研究,同时提出了闭式热泵干燥系统的控制逻辑,并设计制作了对应的控制器,最后利用自主设计的闭式热泵干燥系统进行了实际物料的干燥实验研究,取得了较为满意的效果,验证了闭式热泵干燥系统的设计流程和控制逻辑,可以广泛应用于多种物料的干燥。论文工作及成果主要包括以下方面:1、闭式热泵干燥系统设计流程。针对干燥对象的特性,提出了热泵系统的形式,通过对干燥过程热湿负荷计算,完成了闭式热泵干燥系统主要机组部件的设计,包括压缩机、蒸发器、冷凝器、送风风机、电子膨胀阀等;所设计的闭式热泵干燥系统可以切换四通阀及膨胀阀,提供升温、降温及除湿三个模式,在此基础上,提出了闭式热泵干燥系统的的几个控制流程,设计和制作了智能控制器,利用单片微机PLC控制器实现多参数检测,多目标协同控制,保证干燥过程中稳定控制温度,满足干燥工艺要求,实现了研究所提出的干燥除湿调控策略。2、闭式热泵干燥系统室内气流组织和温度分布模拟研究。通过Fluent软件对干燥室气流组织进行仿真模拟,目的在于确定送风方式对干燥室内温度影响,为系统设计提供依据。仿真模拟顶部孔板送风、底部孔板送风、侧送风三种送风方式的干燥室温度及速度场分布情况,模拟结果表明,底部孔板送风的形式下干燥室内中间区域温度较为均匀,最大温差在3-4℃左右,温度场及速度场分布相较其他两种送风方式更为均匀,干燥效果更佳。通过实验测试研究,在实际干燥过程中,干燥室温度分布趋势与模拟结果基本吻合。3、闭式热泵干燥控制系统及实验台设计与搭建。根据设计结果设计并搭建了闭式热泵干燥控制系统及实验台,设计并制作了数据监测及控制平台,可以对干燥室温湿度、风速等参数及热泵机组性能状态进行监测及数据采集。4、闭式热泵干燥系统实验研究。利用所设计的闭式热泵干燥系统,选择白菜作为干燥物料,进行干燥实验研究,重点针对回风旁通率对除湿效率的影响进行了研究。结果表明,在同一干燥介质状态下,旁通率不断增大,除湿效率表现为先增大后减小。在既定的工况下,系统存在一个最佳旁通率使得除湿效率最大,最佳旁通率几乎都集中在50%-80%,通过调节旁通率,可使除湿效率大幅提高,最多高达提高60%;干燥介质的循环风速对物料的失水率及除湿效率有一定的影响,循环风速越大物料失水越快,同时除湿效率有所下降,在干燥前中期适当加大循环风速加快物料失水,后期减小循环风速提高除湿效率;在干燥后期物料中含水率低,回风含湿量显著降低,此时通过调控旁通率仍难以提高除湿效率,则可以先进行高温干燥,增加回风含湿量,再进行低温除湿,循环往复的升温降温,以将物料中的水分降到最低,结果表明干燥室内温度调节在40-50℃之间波动除湿效果最佳。5、根据研究结果提出了一套通用的干燥控制策略。根据实验结果分析,以提高除湿效率及保证干燥品质为目的,提出了一套通用的干燥控制策略,根据不同物料特性和干燥工艺要求,配合机组性能,在控制平台切换干燥模式及调节回风旁通率、循环风速、送回风温度等参数,完成干燥过程控制,达到高效、节能、高质的的干燥效果。
【图文】：
图 2-1 传统热风干燥能耗示意图Figure 2-1 Energy consumption diagram of traditional hot air dryi2-1 所示，传统的热风干燥能源利用率偏低，不利于节能热能被浪费掉，假设输入加热器的能量为 100 份，考虑
图 2-2 热泵干燥装置工作原理图Figure 2-2 working principle diagram of heat pump drying d统中，热泵的工作原理是通过消耗少量高品位能来制取凝器、蒸发器、节流阀等部件构成，系统工作工作中循环流动，在理想状态下工作时，工质在热泵中的状态
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU834.9
【参考文献】
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