太阳能热风真空组合干燥试验与设备的研究

发布时间：2020-11-19 15:56

　　 干燥是农产品深加工的重要环节,随着干燥技术、干燥方法的不断发展,干燥设备的种类也不断增多。其中,组合干燥设备结合了各种单一干燥技术的优点,实现了各种干燥技术的优势互补,具有良好的发展前景。本文在实验室中太阳能组合干燥设备的基础上,对果蔬进行干燥工艺的试验研究,为试验型组合干燥设备模块化设计提供了理论基础及技术依据。通过对试验型组合干燥设备设计,使其达到能耗低、干燥效率及产品品质高的要求。本文从果蔬组合干燥工艺的研究入手,以果蔬为试验材料进行热风真空组合干燥试验研究,利用直观分析法和Excel及SPSS数据处理软件对试验结果进行极差分析、方差分析及Duncan多重性分析,得到试验因素对试验结果影响的显著性及果蔬组合干燥工艺较为理想的方案组合。通过干燥试验的研究发现:(1)果蔬干燥试验在夏季进行,在试验过程中太阳能热水系统提供的水温较低,辅助加热时间较长,干燥过程中能耗高;(2)组合干燥箱在热风干燥阶段干燥不均匀即上下托盘中的物料脱水程度不一且相差很大,产品品质很差。果蔬干燥工艺的试验研究为干燥设备的结构设计提供理论依据。针对上述第一个问题,本文对现有组合干燥设备的太阳能热水系统进行了分析并提出优化设计方案,通过对几种典型集热器计算、分析、比较,实验室组合干燥设备的太阳能集热系统采用2组规格为Φ58×1800mm×35的全玻璃管真空管式集热器及容积为500L的圆柱形储热水箱使得太阳能热水温度从目前60℃提高到80℃。针对第二个热风干燥不均匀问题,本文通过改变热风进风方式对试验型传统干燥箱结构进行了设计,提出了两种新型干燥箱结构设计方案。为了验证、分析、比较出更佳的结构设计方案,应用Solidworks三维建模软件、Gambit网格划分软件、FLUENT流场分析软件及Tecplot后处理软件对试验型传统干燥箱及两种新型干燥箱即静压式平行送风型干燥箱和侧悬挂式干燥箱进行了数值模拟分析。通过对三种干燥箱内热风速度场分布及温度场分布的模拟结果进行分析比较,得出侧悬挂式干燥箱结构为更佳设计方案的结论。为了进一步分析侧悬挂式干燥箱的侧充气室倾角对干燥箱内流场分布的影响,改变侧充气室的宽度h,对干燥箱进行数值模拟分析,进一步验证干燥箱结构设计的合理性及确定结构尺寸,完成新型组合干燥设备的结构设计。新型组合干燥设备的设计解决了试验型传统干燥设备干燥不均匀、能耗高的问题,提高了干燥速率及产品的品质,缩短了干燥时间。新型试验型组合干燥设备设计为干燥工业中大型组合干燥设备的设计奠定了基础。本课题的研究为果蔬干制加工工艺、组合干燥设备设计以及将太阳能应用于干燥设备的进一步发展提供了理论依据,为研究大型太阳能组合干燥设备设计及其在干燥工业生产中的推广应用提供了重要的参考价值。
【学位单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TK515
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 国内外果蔬干燥技术的发展现状
        1.2.1 太阳能干燥技术
        1.2.2 国内热风真空组合干燥技术
        1.2.3 国外热风真空组合干燥技术
    1.3 课题研究的目的和意义
    1.4 课题研究方案
        1.4.1 研究目标
        1.4.2 研究内容
2 果蔬组合干燥及数值模拟的理论基础
    2.1 果蔬干燥理论基础
        2.1.1 果蔬干制的基本原理
        2.1.2 干燥基本参数
    2.2 CFD数值模拟的理论基础
        2.2.1 CFD在食品干燥设备设计中的应用
        2.2.2 CFD的基本理论及应用步骤
    2.3 本章小结
3 果蔬组合干燥试验及分析
    3.1 试验材料
    3.2 试验设备及测量仪器
        3.2.1 试验装置
        3.2.2 实验工具及测量仪器
    3.3 试验方法
        3.3.1 果蔬组合干燥试验流程
        3.3.2 试验设计
        3.3.3 评价指标
    3.4 试验结果
        3.4.1 黄瓜的组合干燥试验结果
        3.4.2 猕猴桃的组合干燥试验结果
        3.4.3 苹果片的组合干燥试验结果
    3.5 试验结果分析
        3.5.1 黄瓜的干燥试验结果分析
        3.5.2 猕猴桃的干燥试验结果分析
        3.5.3 苹果片的干燥试验结果分析
    3.6 结论
    3.7 本章小结
4 太阳能系统设计
    4.1 太阳辐射量资料的收集及月平均冷水温度的计算
    4.2 集热器的相关计算公式
        4.2.1 集热器面积的计算公式
        4.2.2 节能效益分析计算依据
    4.3 集热器的分析计算
        4.3.1 平板型集热器
        4.3.2 全玻璃管真空管式集热器
        4.3.3 热管真空管式太阳能集热器
        4.3.4 三种集热器分析结果比较
    4.4 结论
    4.5 本章小结
5 干燥箱数值模拟及结构优化设计
    5.1 果蔬干燥箱的结构形式
        5.1.1 传统底侧进风式干燥箱结构
        5.1.2 静压式平行送风型干燥箱结构
        5.1.3 侧悬挂式干燥箱结构
    5.2 数学模型及边界条件
        5.2.1 不可压缩流体的数学模型
        5.2.2 多孔介质传热流动的数学模型
        5.2.3 边界条件
    5.3 传统干燥箱数值模拟分析
        5.3.1 建模及网格划分
        5.3.2 FLUENT数值模拟结果及分析
    5.4 静压式平行送风型干燥箱与侧悬挂式干燥箱数值模拟及分析比较
        5.4.1 两种新型干燥箱的建模及网格划分
        5.4.2 两种新型干燥箱的模拟结果及分析比较
        5.4.3 总结
    5.5 侧悬挂式干燥箱风室倾斜角度对流场分布的影响
        5.5.1 不同倾角的侧充气室对干燥箱内风速场的影响
        5.5.2 不同倾角的侧充气室对干燥箱内温度场的影响
        5.5.3 总结
    5.6 新型干燥箱的结构设计
    5.7 本章小结
6 总结及展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
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本文编号：2890194