基于太阳能热利用的双工质干燥系统的理论与实验研究
发布时间：2021-05-22 19:20
干燥在工业、农业等国民经济重要领域均有大量的应用,我国的干燥能耗占整个工业能耗的比例达到12%左右。干燥作为农副产品长期保存的一种重要方式,根据相关农副产品干燥领域的研究表明,目前我国的农副产品干燥技术存在能耗大、技术落后、干燥品质差、智能控制水平低等问题。因此研发高效节能的干燥系统以及确定合理的物料干燥工艺对提高干燥行业效益、缓解环境污染具有重要的意义。本文立足于以太阳能热利用为主,减少传统能源的使用。通过对传统太阳能干燥工艺控制进行研究,进一步提出了基于太阳能热利用的双工质干燥系统设计方法。设计和搭建了双效太阳能集热器干燥系统和直膨式热泵辅助太阳能干燥系统,对干燥系统进行理论分析、实验测试和预测优化评价等研究。本论文主要开展的工作如下:（1）针对传统太阳能干燥过程中存在干燥周期不确定、干燥工艺不易控制、干燥品质差等问题,提出了开放式太阳能干燥物料终点判断和直接式太阳能干燥温度控制的工艺方法。理论分析了开放式太阳能干燥物料的热湿迁移机理,构建了开放式太阳能干燥的热湿迁移模型,分析预测物料干燥过程中表面温度和质量变化,并以红薯为研究对象对预测模型进行实验验证。研究表明预测模型能够较准确...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：206 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
ABSTRACT
主要符号说明
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 太阳能及热泵干燥技术
1.2.2 干燥特性及动力学模型
1.2.3 干燥系统的性能及评价分析
1.2.4 机器学习在预测方面的应用
1.3 目前研究存在的关键问题
1.4 本论文的主要研究内容
1.5 本课题的技术路线
1.6 本章小结
2 传统太阳能干燥方式的工艺控制研究
2.1 引言
2.2 开放式干燥物料的热湿迁移研究
2.2.1 开放式干燥的实验测试
2.2.2 热湿迁移模型的建立
2.2.3 模型的求解
2.2.4 结果与分析
2.3 直接式干燥物料表面温度的预测
2.3.1 直接式干燥的实验测试
2.3.2 表面温度预测模型的构建
2.3.3 模型的求解
2.3.4 结果与分析
2.4 传统太阳能干燥的工艺控制方法
2.4.1 开放式太阳能干燥终点的控制方法
2.4.2 直接式太阳能干燥温度的控制方法
2.5 本章小结
3 基于太阳能热利用的双工质干燥系统的研制
3.1 引言
3.2 双工质干燥系统的设计方法及运行控制策略
3.2.1 设计方法
3.2.2 运行控制策略
3.3 双效太阳能集热器干燥系统的构建及工作原理
3.3.1 系统构建
3.3.2 工作原理
3.4 直膨式热泵辅助太阳能干燥系统的构建及工作原理
3.4.1 系统构建
3.4.2 工作原理
3.5 本章小结
4 双效太阳能集热器干燥系统的理论与实验研究
4.1 引言
4.2 双效集热器的传热理论模型
4.2.1 模型描述及假设条件
4.2.2 能量平衡方程的建立
4.2.3 换热系数的确定
4.2.4 单值性条件的确定
4.2.5 模型的求解方法
4.3 实验材料与方法
4.3.1 实验材料
4.3.2 测试方案
4.3.3 实验仪器
4.3.4 干燥特性参数
4.3.5 干燥动力学模型
4.3.6 不确定度分析
4.4 系统的性能评价指标与运行控制策略
4.4.1 性能评价指标
4.4.2 运行控制策略
4.5 结果与分析
4.5.1 模型准确性的验证
4.5.2 双效集热器性能分析
4.5.3 模型预测案例分析
4.5.4 系统运行过程分析
4.5.5 物料干燥特性分析
4.5.6 物料干燥动力学模型
4.6 本章小结
5 直膨式热泵辅助太阳能干燥系统的理论与实验研究
5.1 引言
5.2 带有玻璃盖板的集热/蒸发器的传热模型
5.2.1 模型简化与假设条件
5.2.2 能量平衡方程的建立
5.2.3 换热系数的确定
5.2.4 单值性条件的确定
5.2.5 模型的求解方法
5.3 直膨式热泵干燥的热力学分析
5.3.1 热泵干燥过程空气循环分析
5.3.2 热泵干燥过程制冷剂循环分析
5.3.3 热泵干燥的性能评价指标
5.4 实验的材料与方法
5.4.1 实验材料
5.4.2 测试方法
5.4.3 实验仪器
5.4.4 干燥特性参数确定
5.4.5 干燥动力学模型
5.4.6 不确定度分析
5.5 系统的运行控制策略
5.6 结果与分析
5.6.1 模型准确性的验证
5.6.2 热泵干燥运行性能分析
5.6.3 物料干燥特性
5.6.4 物料干燥动力学模型
5.7 本章小结
6 基于太阳能热利用的双工质干燥系统预测评价研究
6.1 引言
6.2 基于机器学习的集热单元性能预测
6.2.1 数据的筛选
6.2.2 特征值的选择
6.2.3 机器学习方法的选择
6.2.4 超参数的确定
6.2.5 预测结果的验证
6.2.6 运行控制技术的优化
6.3 双工质干燥系统运行环境参数的影响分析
6.3.1 影响参数的选择
6.3.2 参数的影响分析
6.3.3 运行参数的确定
6.4 基于4E评价理论的物料干燥过程评价
6.4.1 能量分析
6.4.2 (?)分析
6.4.3 经济性分析
6.4.4 环境性分析
6.4.5 结果与分析
6.5 干燥物料品质评价
6.5.1 收缩性
6.5.2 色差性
6.5.3 结果与分析
6.6 本章小结
7 结论与展望
7.1 主要研究成果
7.2 主要创新点
7.3 展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间研究成果及获得奖励情况
附件
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]水产品热泵干燥技术综述[J]. 林家辉,章学来,张振涛. 制冷与空调. 2019(09)
[2]现代流程工业的机器学习建模[J]. 赵顺毅,陈子豪,张瑾,栾小丽,刘飞. 自动化仪表. 2019(09)
[3]热泵技术在农产品干燥中的应用[J]. 马翠亚,杨开敏,王远成. 区域供热. 2019(04)
[4]干燥技术在果蔬中的应用综述[J]. 丁俊雄,吴小华,王鹏,杨绪飞. 制冷与空调. 2019(08)
[5]热泵干燥技术及其在农特产品中的应用展望[J]. 张鹏,吴小华,张振涛,越云凯,杨俊玲. 制冷与空调. 2019(07)
[6]热泵干燥技术研究进展及其在香菇干燥中的应用[J]. 张荔喆,张学军,范誉斌,陈书敏,张春伟. 制冷与空调. 2019(07)
[7]闭式热泵种子干燥系统热力性能研究[J]. 徐开轩,刘广彬,王天佐,李连生. 制冷与空调. 2019(07)
[8]Machine learning methods for rockburst prediction-state-of-the-art review[J]. Yuanyuan Pu,Derek B.Apel,Victor Liu,Hani Mitri. International Journal of Mining Science and Technology. 2019(04)
[9]热泵干燥橘皮的冷凝液中挥发性成分分析[J]. 陈露,向沁雪,周志,田成,夏冬梅,莫开菊. 湖北民族学院学报(自然科学版). 2019(02)
[10]银耳红外干燥特性及其品质研究[J]. 林琳. 湖北农业科学. 2019(10)
博士论文
[1]基于细胞结构的植物物料干燥过程模拟及实验研究[D]. 肖波.中国农业大学 2016
[2]木煤原料干燥热质传递模型与优化控制的研究[D]. 屈少君.南京林业大学 2014
[3]双孢蘑菇冷冻干燥联合微波真空干燥传质动力学及干燥过程中风味成分变化研究[D]. 裴斐.南京农业大学 2014
[4]热风干燥、真空微波干燥和红外干燥对番茄片干燥动力学和品质的影响[D]. Ernest Ekow Abano.江苏大学 2013
[5]基于人工神经网络的苜蓿固定深层太阳能干燥过程仿真[D]. 钱珊珠.内蒙古农业大学 2008
[6]热泵干燥热力学分析及典型物料干燥性能研究[D]. 张绪坤.中国农业大学 2005
[7]扇贝柱微波真空干燥机理及品质研究[D]. 张国琛.中国农业大学 2004
硕士论文
[1]基于机器学习方法的建筑能耗预测研究[D]. 丁子祥.山东建筑大学 2018
[2]基于机器学习的建筑外墙外保温热工缺陷检测方法[D]. 陈崇一.哈尔滨工业大学 2018
[3]基于支持向量机的锻造生产线能耗预测研究[D]. 王宏愿.山东大学 2017
[4]太阳能辅助热泵联合干燥银耳的研究[D]. 陈涛.福建农林大学 2016
[5]热泵干燥机控制系统优化及干燥实验研究[D]. 赵峰.天津大学 2014
[6]微波与太阳能热风联合干燥救心菜的工艺研究与装备设计[D]. 鲍雪梅.安徽农业大学 2014
[7]木材对流加热干燥热质迁移规律的研究[D]. 周桥芳.东北林业大学 2011
[8]整体式平板太阳能集热器集热性能研究与热迁移因子分析[D]. 夏佰林.上海交通大学 2011
本文编号：3201534
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：206 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
ABSTRACT
主要符号说明
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 太阳能及热泵干燥技术
1.2.2 干燥特性及动力学模型
1.2.3 干燥系统的性能及评价分析
1.2.4 机器学习在预测方面的应用
1.3 目前研究存在的关键问题
1.4 本论文的主要研究内容
1.5 本课题的技术路线
1.6 本章小结
2 传统太阳能干燥方式的工艺控制研究
2.1 引言
2.2 开放式干燥物料的热湿迁移研究
2.2.1 开放式干燥的实验测试
2.2.2 热湿迁移模型的建立
2.2.3 模型的求解
2.2.4 结果与分析
2.3 直接式干燥物料表面温度的预测
2.3.1 直接式干燥的实验测试
2.3.2 表面温度预测模型的构建
2.3.3 模型的求解
2.3.4 结果与分析
2.4 传统太阳能干燥的工艺控制方法
2.4.1 开放式太阳能干燥终点的控制方法
2.4.2 直接式太阳能干燥温度的控制方法
2.5 本章小结
3 基于太阳能热利用的双工质干燥系统的研制
3.1 引言
3.2 双工质干燥系统的设计方法及运行控制策略
3.2.1 设计方法
3.2.2 运行控制策略
3.3 双效太阳能集热器干燥系统的构建及工作原理
3.3.1 系统构建
3.3.2 工作原理
3.4 直膨式热泵辅助太阳能干燥系统的构建及工作原理
3.4.1 系统构建
3.4.2 工作原理
3.5 本章小结
4 双效太阳能集热器干燥系统的理论与实验研究
4.1 引言
4.2 双效集热器的传热理论模型
4.2.1 模型描述及假设条件
4.2.2 能量平衡方程的建立
4.2.3 换热系数的确定
4.2.4 单值性条件的确定
4.2.5 模型的求解方法
4.3 实验材料与方法
4.3.1 实验材料
4.3.2 测试方案
4.3.3 实验仪器
4.3.4 干燥特性参数
4.3.5 干燥动力学模型
4.3.6 不确定度分析
4.4 系统的性能评价指标与运行控制策略
4.4.1 性能评价指标
4.4.2 运行控制策略
4.5 结果与分析
4.5.1 模型准确性的验证
4.5.2 双效集热器性能分析
4.5.3 模型预测案例分析
4.5.4 系统运行过程分析
4.5.5 物料干燥特性分析
4.5.6 物料干燥动力学模型
4.6 本章小结
5 直膨式热泵辅助太阳能干燥系统的理论与实验研究
5.1 引言
5.2 带有玻璃盖板的集热/蒸发器的传热模型
5.2.1 模型简化与假设条件
5.2.2 能量平衡方程的建立
5.2.3 换热系数的确定
5.2.4 单值性条件的确定
5.2.5 模型的求解方法
5.3 直膨式热泵干燥的热力学分析
5.3.1 热泵干燥过程空气循环分析
5.3.2 热泵干燥过程制冷剂循环分析
5.3.3 热泵干燥的性能评价指标
5.4 实验的材料与方法
5.4.1 实验材料
5.4.2 测试方法
5.4.3 实验仪器
5.4.4 干燥特性参数确定
5.4.5 干燥动力学模型
5.4.6 不确定度分析
5.5 系统的运行控制策略
5.6 结果与分析
5.6.1 模型准确性的验证
5.6.2 热泵干燥运行性能分析
5.6.3 物料干燥特性
5.6.4 物料干燥动力学模型
5.7 本章小结
6 基于太阳能热利用的双工质干燥系统预测评价研究
6.1 引言
6.2 基于机器学习的集热单元性能预测
6.2.1 数据的筛选
6.2.2 特征值的选择
6.2.3 机器学习方法的选择
6.2.4 超参数的确定
6.2.5 预测结果的验证
6.2.6 运行控制技术的优化
6.3 双工质干燥系统运行环境参数的影响分析
6.3.1 影响参数的选择
6.3.2 参数的影响分析
6.3.3 运行参数的确定
6.4 基于4E评价理论的物料干燥过程评价
6.4.1 能量分析
6.4.2 (?)分析
6.4.3 经济性分析
6.4.4 环境性分析
6.4.5 结果与分析
6.5 干燥物料品质评价
6.5.1 收缩性
6.5.2 色差性
6.5.3 结果与分析
6.6 本章小结
7 结论与展望
7.1 主要研究成果
7.2 主要创新点
7.3 展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间研究成果及获得奖励情况
附件
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]水产品热泵干燥技术综述[J]. 林家辉,章学来,张振涛. 制冷与空调. 2019(09)
[2]现代流程工业的机器学习建模[J]. 赵顺毅,陈子豪,张瑾,栾小丽,刘飞. 自动化仪表. 2019(09)
[3]热泵技术在农产品干燥中的应用[J]. 马翠亚,杨开敏,王远成. 区域供热. 2019(04)
[4]干燥技术在果蔬中的应用综述[J]. 丁俊雄,吴小华,王鹏,杨绪飞. 制冷与空调. 2019(08)
[5]热泵干燥技术及其在农特产品中的应用展望[J]. 张鹏,吴小华,张振涛,越云凯,杨俊玲. 制冷与空调. 2019(07)
[6]热泵干燥技术研究进展及其在香菇干燥中的应用[J]. 张荔喆,张学军,范誉斌,陈书敏,张春伟. 制冷与空调. 2019(07)
[7]闭式热泵种子干燥系统热力性能研究[J]. 徐开轩,刘广彬,王天佐,李连生. 制冷与空调. 2019(07)
[8]Machine learning methods for rockburst prediction-state-of-the-art review[J]. Yuanyuan Pu,Derek B.Apel,Victor Liu,Hani Mitri. International Journal of Mining Science and Technology. 2019(04)
[9]热泵干燥橘皮的冷凝液中挥发性成分分析[J]. 陈露,向沁雪,周志,田成,夏冬梅,莫开菊. 湖北民族学院学报(自然科学版). 2019(02)
[10]银耳红外干燥特性及其品质研究[J]. 林琳. 湖北农业科学. 2019(10)
博士论文
[1]基于细胞结构的植物物料干燥过程模拟及实验研究[D]. 肖波.中国农业大学 2016
[2]木煤原料干燥热质传递模型与优化控制的研究[D]. 屈少君.南京林业大学 2014
[3]双孢蘑菇冷冻干燥联合微波真空干燥传质动力学及干燥过程中风味成分变化研究[D]. 裴斐.南京农业大学 2014
[4]热风干燥、真空微波干燥和红外干燥对番茄片干燥动力学和品质的影响[D]. Ernest Ekow Abano.江苏大学 2013
[5]基于人工神经网络的苜蓿固定深层太阳能干燥过程仿真[D]. 钱珊珠.内蒙古农业大学 2008
[6]热泵干燥热力学分析及典型物料干燥性能研究[D]. 张绪坤.中国农业大学 2005
[7]扇贝柱微波真空干燥机理及品质研究[D]. 张国琛.中国农业大学 2004
硕士论文
[1]基于机器学习方法的建筑能耗预测研究[D]. 丁子祥.山东建筑大学 2018
[2]基于机器学习的建筑外墙外保温热工缺陷检测方法[D]. 陈崇一.哈尔滨工业大学 2018
[3]基于支持向量机的锻造生产线能耗预测研究[D]. 王宏愿.山东大学 2017
[4]太阳能辅助热泵联合干燥银耳的研究[D]. 陈涛.福建农林大学 2016
[5]热泵干燥机控制系统优化及干燥实验研究[D]. 赵峰.天津大学 2014
[6]微波与太阳能热风联合干燥救心菜的工艺研究与装备设计[D]. 鲍雪梅.安徽农业大学 2014
[7]木材对流加热干燥热质迁移规律的研究[D]. 周桥芳.东北林业大学 2011
[8]整体式平板太阳能集热器集热性能研究与热迁移因子分析[D]. 夏佰林.上海交通大学 2011
本文编号：3201534
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