热泵干燥箱内部流场的数值模拟及特性分析
发布时间：2021-03-22 18:06
干燥是农副产品加工主要的方式与手段。目前市场上常用的干燥设备,种类繁多,规格不一,且存在着设备针对性不强,干燥箱内的结构单一,内部的流场分布不均匀,不同位置摆放的物料在干燥的过程中,所需的干燥时间相差较大的缺点。为了提升干燥箱内流场的均匀性,减小干燥过程中的物料受热差异,本文针对所构建的实物干燥系统,在装载干燥物料实际堆放模式下开展了干燥箱内流场流动特性分析,对不同干燥箱结构、风速、压力、湍流强度等关键参数展开分析,并结合实验测试结果进行了验证,提出干燥箱设计的优化方案,主要的研究内容及结论如下:（1）根据干燥物料的实际情况,设计了一个热泵干燥系统。为探究系统的运行情况及性能,对该干燥系统分别进行了空载和负载实验,实验结果表明,干燥箱内的温度可以达到设定的55℃,且在干燥过程中,干燥箱内不同位置处存在温度的差异,最大差值达到3℃;干燥过程中会出现相同质量物料干燥完成所需时间相差几个小时的情况。（2）对模拟相关的流体力学控制方程进行了介绍,建立了基于实际物料干燥条件下的干燥箱数学和物理模型,并针对实际尺寸长×宽×高为370×290×210cm的实物干燥箱开展了相关实验研究,最终通过实验验...
【文章来源】：云南师范大学云南省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
热泵制冷剂循环的压焓图
第2章藏药材干燥系统的设计及实验102.2干燥系统的搭建和运行图2.2热泵干燥系统结构原理图如图2.2所示为热泵干燥系统的原理图，利用前面的计算结果进行设备的选型。本设备主要分为热泵系统部分和干燥箱部分。其中，热泵系统是干燥设备的供热部分，设备在开机运行时，环境中的空气进入蒸发器，经压缩机压缩后，变成高温高压的气体，随后进入冷凝器，变成高温气体进入到干燥箱内。该系统的温度控制需要借助控制器来实现，即先在控制器上设定干燥过程需要的温度值，当干燥箱内的温度未达到这一设定值时，热泵开始启动，通过热泵来达到升温的效果。此时干燥箱内的温度上升很快，在一段时间后达到最初的设定温度值，随后热泵会停止工作，在升温的过程中，干燥物料中的水分会逐渐的排出，并扩散到干燥箱内，随后在出口处风机的作用下，湿空气被排到干燥箱的外部。干燥过程中，可以在控制器上监测到干燥箱内整体的湿度情况，在湿度值达到干燥保存的湿度值以下时，即可停止设备运行。如图2.3为干燥箱的实物图，在搭建的过程中，为了使干燥箱达到保温的目的，箱体整体采用聚氨酯材料，厚度为10cm。为了防止在在实验的过程中干燥箱的底部存在密封不严的问题，在底部加入了玻璃胶。干燥箱整体的长度为370cm，宽为190cm，高为210cm。在设计的过程中，考虑到便于放入1500kg的干燥物料，可采用分层物料架的方式进行。最终放置4个尺寸相同的物料架，层与层之间的间隔为20cm，相邻物料架的间隔也为20cm，物料架与干燥箱的壁面的距离为30cm。
第2章藏药材干燥系统的设计及实验11图2.3干燥箱实物图干燥实验的过程中，为了测量干燥箱内的温度、湿度等主要的参数，需要采用不同的传感器进行测量。干燥箱内的相关参数受时间的影响较大，故记录数据的传感器灵敏度要高。在干燥的过程中，干燥箱内的温度比较高，因此温度传感器需要承受一定的高温。干燥箱内的空间较大，存在不同位置处温度以及湿度会存在一定的差别，可在不同的位置放置温度传感器和湿度传感器。本实验中测量温度采用的是TT-T-24珠状热电偶，测量的温度范围：-200-+260℃，工作温度-20℃-200℃，测量的精度为±0.3℃，测量湿度采用的是HM1500LF湿度传感器，湿度测量范围为0-99%，工作温度为-40℃-+60℃，灵敏度为26mV/%RH，精度为±3%RH，响应时间为10s。利用安捷伦来记录实时测得的数据，数据扫描的频率设为4min,测量得到的数据通过电脑进行记录，可以实时看到干燥箱内的温度变化。热泵干燥系统的主要部件参数如表1所示：表1热泵干燥系统的主要部件参数系统部件特性参数压缩机压缩机功率：6HP干燥箱进风风机功率：1.2kW；风量：6480m3/h；全压：240Pa除湿风机功率：0.95kW；风量：5300m3/h；全压：200Pa正泰三相四线电能表/
【参考文献】：
期刊论文
[1]热泵-太阳能花椒干燥系统的设计与数值模拟[J]. 李江波,薛韩玲,陈柳. 江苏农业科学. 2019(14)
[2]杏鲍菇转轮除湿热泵干燥系统结构设计及工艺参数优化[J]. 王教领,宋卫东,金诚谦,丁天航,王明友,吴今姬,刘自畅. 农业工程学报. 2019(04)
[3]基于ANSYS数值模拟的生鲜面条干燥工艺参数的优化[J]. 徐雪萌,林冬华,陈留记,王艳,屈凌波. 中国粮油学报. 2018(08)
[4]基于数据挖掘技术的藏医药治疗高原病用药规律研究[J]. 刘欢,赵彩云,张雯,张艺,聂佳. 中国中药杂志. 2018(08)
[5]稻谷薄层热风干燥工艺优化及数学模型拟合[J]. 尹晓峰,杨明金,李光林,张先锋,周玉华,杨玲. 食品科学. 2017(08)
[6]基于三维实体模型的玉米颗粒真空干燥数值模拟[J]. 张世伟,陈帅,黎勋,张志军. 真空科学与技术学报. 2016(01)
[7]木材干燥室内部风速场的数值模拟与优化[J]. 沙汀鸥,杨洁,吕欢,伊松林. 南京林业大学学报(自然科学版). 2016(01)
[8]多孔介质常压冷冻干燥质热耦合传递数值模拟[J]. 任广跃,张伟,张乐道,段续. 农业机械学报. 2016(03)
[9]百叶窗在热风干燥中的应用与数值模拟[J]. 李超新,张学军,刘松,朱自成,靳伟. 中国农机化学报. 2015(01)
[10]白菜种子热泵干燥特性模拟[J]. 赵海波,杨昭. 化工学报. 2014(S2)
博士论文
[1]油菜籽流化床干燥传热传质特性与布风板结构参数优化的研究[D]. 张健平.中国科学技术大学 2016
硕士论文
[1]人参烘干房中气流组织及温度场数值模拟研究[D]. 敖尚民.北京石油化工学院 2019
[2]基于CFD的新型密集烤房流场模拟及其结构优化[D]. 白志鹏.西北农林科技大学 2017
[3]基于几何结构的箱式干燥装置的优化设计、数值模拟及试验研究[D]. 郑丽鹏.南京师范大学 2017
[4]菊花烘干室内气流组织模拟与优化研究[D]. 霍二光.南昌大学 2016
[5]全太阳能木材干燥室性能测试及流场模拟优化[D]. 吕欢.北京林业大学 2016
[6]甘蓝型油菜籽热风干燥的流场特性及干燥箱优化[D]. 郭孟报.西南大学 2015
[7]食用菌干燥箱结构模型的模拟研究[D]. 付玉.南京师范大学 2015
[8]循环式红枣干燥机流场的数值模拟研究[D]. 牟国良.新疆农业大学 2014
[9]旋流式干燥塔物理场的数值模拟及其结构优化研究[D]. 陈翠玲.长沙理工大学 2013
[10]立式干燥机的设计及其干燥单元风速场的研究[D]. 陆锐.华中农业大学 2012
本文编号：3094243
【文章来源】：云南师范大学云南省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
热泵制冷剂循环的压焓图
第2章藏药材干燥系统的设计及实验102.2干燥系统的搭建和运行图2.2热泵干燥系统结构原理图如图2.2所示为热泵干燥系统的原理图，利用前面的计算结果进行设备的选型。本设备主要分为热泵系统部分和干燥箱部分。其中，热泵系统是干燥设备的供热部分，设备在开机运行时，环境中的空气进入蒸发器，经压缩机压缩后，变成高温高压的气体，随后进入冷凝器，变成高温气体进入到干燥箱内。该系统的温度控制需要借助控制器来实现，即先在控制器上设定干燥过程需要的温度值，当干燥箱内的温度未达到这一设定值时，热泵开始启动，通过热泵来达到升温的效果。此时干燥箱内的温度上升很快，在一段时间后达到最初的设定温度值，随后热泵会停止工作，在升温的过程中，干燥物料中的水分会逐渐的排出，并扩散到干燥箱内，随后在出口处风机的作用下，湿空气被排到干燥箱的外部。干燥过程中，可以在控制器上监测到干燥箱内整体的湿度情况，在湿度值达到干燥保存的湿度值以下时，即可停止设备运行。如图2.3为干燥箱的实物图，在搭建的过程中，为了使干燥箱达到保温的目的，箱体整体采用聚氨酯材料，厚度为10cm。为了防止在在实验的过程中干燥箱的底部存在密封不严的问题，在底部加入了玻璃胶。干燥箱整体的长度为370cm，宽为190cm，高为210cm。在设计的过程中，考虑到便于放入1500kg的干燥物料，可采用分层物料架的方式进行。最终放置4个尺寸相同的物料架，层与层之间的间隔为20cm，相邻物料架的间隔也为20cm，物料架与干燥箱的壁面的距离为30cm。
第2章藏药材干燥系统的设计及实验11图2.3干燥箱实物图干燥实验的过程中，为了测量干燥箱内的温度、湿度等主要的参数，需要采用不同的传感器进行测量。干燥箱内的相关参数受时间的影响较大，故记录数据的传感器灵敏度要高。在干燥的过程中，干燥箱内的温度比较高，因此温度传感器需要承受一定的高温。干燥箱内的空间较大，存在不同位置处温度以及湿度会存在一定的差别，可在不同的位置放置温度传感器和湿度传感器。本实验中测量温度采用的是TT-T-24珠状热电偶，测量的温度范围：-200-+260℃，工作温度-20℃-200℃，测量的精度为±0.3℃，测量湿度采用的是HM1500LF湿度传感器，湿度测量范围为0-99%，工作温度为-40℃-+60℃，灵敏度为26mV/%RH，精度为±3%RH，响应时间为10s。利用安捷伦来记录实时测得的数据，数据扫描的频率设为4min,测量得到的数据通过电脑进行记录，可以实时看到干燥箱内的温度变化。热泵干燥系统的主要部件参数如表1所示：表1热泵干燥系统的主要部件参数系统部件特性参数压缩机压缩机功率：6HP干燥箱进风风机功率：1.2kW；风量：6480m3/h；全压：240Pa除湿风机功率：0.95kW；风量：5300m3/h；全压：200Pa正泰三相四线电能表/
【参考文献】：
期刊论文
[1]热泵-太阳能花椒干燥系统的设计与数值模拟[J]. 李江波,薛韩玲,陈柳. 江苏农业科学. 2019(14)
[2]杏鲍菇转轮除湿热泵干燥系统结构设计及工艺参数优化[J]. 王教领,宋卫东,金诚谦,丁天航,王明友,吴今姬,刘自畅. 农业工程学报. 2019(04)
[3]基于ANSYS数值模拟的生鲜面条干燥工艺参数的优化[J]. 徐雪萌,林冬华,陈留记,王艳,屈凌波. 中国粮油学报. 2018(08)
[4]基于数据挖掘技术的藏医药治疗高原病用药规律研究[J]. 刘欢,赵彩云,张雯,张艺,聂佳. 中国中药杂志. 2018(08)
[5]稻谷薄层热风干燥工艺优化及数学模型拟合[J]. 尹晓峰,杨明金,李光林,张先锋,周玉华,杨玲. 食品科学. 2017(08)
[6]基于三维实体模型的玉米颗粒真空干燥数值模拟[J]. 张世伟,陈帅,黎勋,张志军. 真空科学与技术学报. 2016(01)
[7]木材干燥室内部风速场的数值模拟与优化[J]. 沙汀鸥,杨洁,吕欢,伊松林. 南京林业大学学报(自然科学版). 2016(01)
[8]多孔介质常压冷冻干燥质热耦合传递数值模拟[J]. 任广跃,张伟,张乐道,段续. 农业机械学报. 2016(03)
[9]百叶窗在热风干燥中的应用与数值模拟[J]. 李超新,张学军,刘松,朱自成,靳伟. 中国农机化学报. 2015(01)
[10]白菜种子热泵干燥特性模拟[J]. 赵海波,杨昭. 化工学报. 2014(S2)
博士论文
[1]油菜籽流化床干燥传热传质特性与布风板结构参数优化的研究[D]. 张健平.中国科学技术大学 2016
硕士论文
[1]人参烘干房中气流组织及温度场数值模拟研究[D]. 敖尚民.北京石油化工学院 2019
[2]基于CFD的新型密集烤房流场模拟及其结构优化[D]. 白志鹏.西北农林科技大学 2017
[3]基于几何结构的箱式干燥装置的优化设计、数值模拟及试验研究[D]. 郑丽鹏.南京师范大学 2017
[4]菊花烘干室内气流组织模拟与优化研究[D]. 霍二光.南昌大学 2016
[5]全太阳能木材干燥室性能测试及流场模拟优化[D]. 吕欢.北京林业大学 2016
[6]甘蓝型油菜籽热风干燥的流场特性及干燥箱优化[D]. 郭孟报.西南大学 2015
[7]食用菌干燥箱结构模型的模拟研究[D]. 付玉.南京师范大学 2015
[8]循环式红枣干燥机流场的数值模拟研究[D]. 牟国良.新疆农业大学 2014
[9]旋流式干燥塔物理场的数值模拟及其结构优化研究[D]. 陈翠玲.长沙理工大学 2013
[10]立式干燥机的设计及其干燥单元风速场的研究[D]. 陆锐.华中农业大学 2012
本文编号：3094243
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