太阳能热泵联合干燥秸秆传热机理研究及装置设计

发布时间：2017-09-06 09:23

  本文关键词：太阳能热泵联合干燥秸秆传热机理研究及装置设计

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【摘要】：我国生物质资源丰富,生物质固体成型燃料技术为秸秆的能源化和规模化利用提供了有效途径,但挤压成型前需要将秸秆粉碎至20mm以下,干燥至含水率15%以下以保证成型燃料的品质,为了提高能源利用率,需要对秸秆进行干燥处理,现有的干燥方法大多是采用化石能源提供热能的热风干燥,易造成环境污染且能源利用率低,为提高能源利用率,研究高效低成本的秸秆干燥方法具有十分重要的意义,太阳能热泵联合干燥秸秆能够减少能源的消耗,提高产品品质,对环境没有污染。因此本文对太阳能热泵联合干燥秸秆技术进行了实验研究和仿真模拟,优化干燥工艺,为太阳能热泵干燥装置的研制及工艺优化提供理论支持。为得到玉米秸秆最佳干燥温度进行了秸秆干燥特性实验研究,得到不同粒度以及不同温度下的等温干燥曲线,根据干燥理论分析及推导,综合目前常用的10种半理论干燥动力学模型,使用Origin 8.0软件对干燥曲线进行了拟合分析,实验研究表明：Midilli and Kucuk模型能够更好的描述玉米秸秆干燥的动力学特性,据此可分析玉米秸秆在各个温度下达到安全含水率所需要的时间和能耗,玉米秸秆的最佳干燥温度约为100℃。为分析太阳能热泵联合干燥系统的能量消耗,提高能源利用率,根据热力学第一定律与热力学第二定律,应用能量守恒原理对太阳能热泵联合干燥系统进行了烟效率分析,主要包括太阳能系统(?)分析、热泵系统(?)分析,干燥室的(?)分析,通过减少系统内的(?)损耗,能够提高能量利用效率,节约能源。应用FLUENT软件对干燥箱内的空气介质流动进行流体仿真,分别对四种配风板布置方式的干燥箱进行空气流速模拟,结果表明下展开夹角式布置方式配风效果最好。根据模拟结果设计太阳能热泵联合干燥装置,并对太阳能热泵联合干燥装置的各个组件进行选型及设计,能够分别进行太阳能独立干燥、热泵独立干燥以及太阳能热泵联合干燥三种运行模式。应用TRNSYS能耗仿真软件对太阳能热泵干燥系统进行能耗仿真模拟,选取10-11月份天气数据进行仿真模拟分析研究,结果表明太阳能热泵联合干燥是可行的,热泵能够回收废气中的能量,提高能源利用率。本文的研究方法和研究结果可为低成本秸秆干燥方法的设计及其理论研究提供借鉴,为高效、低能耗太阳能热泵联合干燥装置的研发提供技术支持或参考,对推动秸秆干燥技术的进步具有一定的参考价值。
【关键词】：太阳能 热泵 联合干燥 实验 (?)分析 仿真
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124;TK6;TK519
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 研究背景及意义10
• 1.2 干燥方法的选取10-12
• 1.3 太阳能干燥研究现状12-13
• 1.3.1 国外太阳能干燥研究现状12
• 1.3.2 国内太阳能干燥研究现状12-13
• 1.3.3 太阳能干燥秸秆发展前景13
• 1.4 热泵干燥研究现状13-15
• 1.4.1 热泵干燥原理13-15
• 1.4.2 热泵干燥研究现状15
• 1.5 太阳能热泵联合干燥技术研究现状15-17
• 1.5.1 国外研究现状16
• 1.5.2 国内研究概况16-17
• 1.6 本文研究的主要内容17-18
• 2 秸秆干燥特性实验研究18-24
• 2.1 玉米秸秆的热重特性实验研究18-20
• 2.1.1 实验目的18-19
• 2.1.2 原料及设备19
• 2.1.3 实验过程19
• 2.1.4 实验结果及分析19-20
• 2.2 不同粒度玉米秸秆等温干燥特性实验20-21
• 2.2.1 实验目的20
• 2.2.2 实验条件及设备20-21
• 2.2.3 实验结果及分析21
• 2.3 不同温度玉米秸秆等温干燥特性实验21-23
• 2.3.1 实验目的21-22
• 2.3.2 实验条件及设备22
• 2.3.3 实验结果及分析22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 3 秸秆干燥过程的传热机理研究24-33
• 3.1 秸秆干燥理论24-28
• 3.1.1 干燥理论分析24-26
• 3.1.2 玉米秸秆干燥动力学模型拟合分析26-28
• 3.2 系统能量理论分析28-31
• 3.2.1 太阳能干燥系统(?)分析29
• 3.2.2 热泵干燥系统(?)分析29-31
• 3.2.3 干燥室(?)分析31
• 3.3 本章小结31-33
• 4 干燥箱内空气流动有限元分析33-38
• 4.1 干燥箱模型搭建33
• 4.2 利用FLUENT软件对干燥箱内流体建模仿真33-36
• 4.2.1 建模及网格划分33-34
• 4.2.2 仿真参数设置34-35
• 4.2.3 挡风板布置与模拟分析35-36
• 4.3 干燥箱模型的选取36-37
• 4.4 本章小结37-38
• 5 太阳能热泵联合干燥装置的设计38-47
• 5.1 设计要求38
• 5.2 太阳能热泵干燥装置的结构及运行模式38-40
• 5.2.1 装置的结构组成38-39
• 5.2.2 装置的运行模式39
• 5.2.3 系统运行监控39-40
• 5.3 太阳能热泵联合干燥装置设计40-46
• 5.3.1 干燥过程中消耗的热量40-41
• 5.3.2 太阳能集热器设计计算41
• 5.3.3 热泵机组设计41-43
• 5.3.4 干燥箱设计43-45
• 5.3.5 太阳能热泵联合干燥装置总体设计45-46
• 5.4 本章小结46-47
• 6 太阳能热泵联合干燥系统TRNSYS模拟47-57
• 6.1 薄层干燥理论分析47-49
• 6.2 TRNSYS软件简介49-50
• 6.3 太阳能热泵联合干燥系统模块组成50-52
• 6.3.1 设备模块50-52
• 6.3.2 系统性能分析52
• 6.4 TRNSYS模型仿真52-53
• 6.5 仿真结果及分析53-56
• 6.6 本章小结56-57
• 结论57-58
• 参考文献58-61
• 攻读学位期间发表的学术论文61-62
• 致谢62-63

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本文编号：802297