干燥可以防止農(nóng)產(chǎn)品的腐壞變質(zhì),是減少產(chǎn)量損失和實(shí)現(xiàn)長時(shí)間保存的有效方法。農(nóng)產(chǎn)品的干燥大多用的熱風(fēng)干燥,太陽能可以代替常規(guī)能源提供熱能。封閉的太陽能利用相比傳統(tǒng)的開式晾曬,其干燥物的質(zhì)量在顏色、味道、質(zhì)地上更好,同時(shí)干燥周期也縮短了。因此,為了將太陽能運(yùn)用到農(nóng)產(chǎn)品的干燥加工中,開發(fā)研究太陽能干燥設(shè)備很有必要。本文的太陽能干燥設(shè)備采用的是集熱器型太陽能干燥器,由集熱系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)組成。同時(shí)為克服太陽熱利用的間歇性和不穩(wěn)定性,充分利用太陽能增加了儲(chǔ)熱系統(tǒng),利用相變儲(chǔ)熱材料實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)、放熱過程。具體的研究內(nèi)容如下:1.太陽能干燥器的設(shè)計(jì)。太陽能干燥器由集熱系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)和儲(chǔ)熱系統(tǒng)組成。集熱系統(tǒng)由2塊太陽能平板集熱器串聯(lián)組成,集熱系統(tǒng)將太陽輻射能轉(zhuǎn)化成干燥介質(zhì)的熱能。烘干系統(tǒng)是濕物料與干燥介質(zhì)換熱的場(chǎng)所,物料烘干在這完成。烘干系統(tǒng)主要部件是烘干箱,箱內(nèi)物料架分三層物料層。儲(chǔ)熱系統(tǒng)是用來在太陽能豐富的時(shí)候以熱能的形式儲(chǔ)存起來,當(dāng)太陽輻射強(qiáng)度不夠時(shí)將儲(chǔ)存的能量釋放給干燥介質(zhì)。儲(chǔ)熱系統(tǒng)的構(gòu)成包括儲(chǔ)熱箱體、相變儲(chǔ)熱材料、導(dǎo)熱銅管。儲(chǔ)熱材料是工業(yè)半精煉石蠟,導(dǎo)熱銅管采用蛇形形狀,這樣可以增加儲(chǔ)熱材料與空氣換熱面積,提高儲(chǔ)熱系統(tǒng)的換熱效率。2.太陽能干燥器實(shí)驗(yàn)研究。按照設(shè)計(jì)方案,搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。對(duì)太陽能干燥器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,在空載狀態(tài)下研究加儲(chǔ)熱系統(tǒng)后對(duì)整個(gè)干燥器的性能影響。經(jīng)過實(shí)驗(yàn),分析數(shù)據(jù)得出當(dāng)太陽能干燥器在不加儲(chǔ)熱系統(tǒng)情況下隨著太陽輻射強(qiáng)度的變化,干燥箱內(nèi)空氣的平均溫度變化較大;加儲(chǔ)熱系統(tǒng)到太陽能干燥器中后,干燥箱內(nèi)空氣的平均溫度能夠穩(wěn)定在某一溫度范圍內(nèi)長時(shí)間工作,這樣有利于物料的干燥。在干燥器干燥濕物料的工作情況下,測(cè)量干燥箱內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速,為之后數(shù)值模擬提供驗(yàn)證數(shù)據(jù)。3.模擬仿真和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。結(jié)合計(jì)算流體力學(xué)以及常用流體模擬軟件FLUENT,對(duì)烘干箱烘干物料過程進(jìn)行研究,獲得烘干箱內(nèi)部的速度場(chǎng)分布情況,并通過與實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證模擬的準(zhǔn)確性。通過布置導(dǎo)流板和改變進(jìn)出風(fēng)口位置優(yōu)化干燥箱的結(jié)構(gòu),用CFD模擬的方法,驗(yàn)證、分析、比較得出優(yōu)化效果,為干燥箱優(yōu)化提供相應(yīng)的理論依據(jù)和物理模型,減少重復(fù)試驗(yàn)。
【學(xué)位單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S226.6
【部分圖文】：

通過集熱器將太陽能轉(zhuǎn)化成熱能，并將熱能傳遞給作為干燥介質(zhì)的空氣。儲(chǔ)熱統(tǒng)是為了克服太陽能不連續(xù)問題，將太陽能轉(zhuǎn)換而來的過多熱能儲(chǔ)存，在太陽不夠的時(shí)候釋放儲(chǔ)存的熱能，供給干燥介質(zhì)，延長干燥時(shí)間。儲(chǔ)熱材料是相變熱材料，具有儲(chǔ)能密度大和儲(chǔ)放熱溫度維持在一定范圍的特點(diǎn)，選用的是工業(yè)常見的半精煉石蠟。干燥系統(tǒng)主要組成是干燥箱，干燥過程是在干燥箱內(nèi)完成的3.1 太陽能干燥設(shè)備類型選擇3.1.1 太陽能干燥設(shè)備類別太陽能干燥裝置有多種分類方式，根據(jù)干燥器內(nèi)空氣的流動(dòng)是否有外加動(dòng)可將太陽能干燥器分為被動(dòng)式和主動(dòng)式兩種類型。按接收太陽能的形式區(qū)分，以將太陽能干燥器分成直接受熱式和間接受熱式，直接受熱式也可稱為輻射式燥器，間接受熱式亦可稱為對(duì)流式干燥器。含有集熱器的一般是間接受熱式，集熱器的是直接受熱式。還有一種分類方式是按太陽能的結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行分類，分為三種類型：太陽能集熱器型干燥器、溫室型干燥器和集熱器一溫室型干燥器(1) 太陽能集熱器型干燥器

管道等其它輔助部分。太陽能空氣集熱器是關(guān)鍵部件，起著提供熱能的作用。太陽能集熱器將吸收的太陽輻射能轉(zhuǎn)化成熱能，流經(jīng)集熱器的空氣和集熱器吸熱板對(duì)流換熱溫度升高。使用風(fēng)機(jī)可以讓熱空氣與集熱器充分完成對(duì)流換熱，然后在壓差的作用下進(jìn)入到干燥室實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的干燥。太陽能集熱器型干燥器結(jié)構(gòu)示意圖如圖 3.1 所示[39]。(2) 溫室型太陽能干燥裝置溫室型太陽能干燥裝置就是在太陽能溫室的基礎(chǔ)上增加排濕部分，將水分帶出溫室。濕物料在溫室內(nèi)跟進(jìn)行日曬加工一樣直接吸收太陽輻射能，溫室中空氣在封閉狹小空間也被加熱而高于環(huán)境溫度，物料在直接轉(zhuǎn)換的熱能和周圍空氣傳遞的熱能作用下，物料中水分蒸發(fā)，在空氣的流動(dòng)下把物料蒸發(fā)的水分帶走。溫室型太陽能干燥器成本低，容易建造，可以因地制宜。存在的主要缺點(diǎn)是干燥器的溫升小，它所能提供的熱能，不足以快速地將含水率較高的物料干燥到安全水分以下，效率較低，速度相對(duì)較慢。溫室型太陽能干燥器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 3.2所示[39]。

第三章 太陽能干燥器樣機(jī)設(shè)計(jì)(3) 集熱器一溫室型太陽能干燥器該種干燥器是前兩種的集合體，將太陽能集熱器型干燥器的干燥室換成了溫室。系統(tǒng)的熱量來源分兩部分，一部分是集熱器吸收太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能，另一部分是溫室中吸收的太陽能轉(zhuǎn)換成空氣和物料的熱能。集熱器—溫室型太陽能干燥器將兩種干燥器類型結(jié)合在一起，達(dá)到了彌補(bǔ)不足，發(fā)揮優(yōu)勢(shì)的好處。集熱器型太陽能干燥器能獲得較高溫度的熱風(fēng)，能夠解決溫室型太陽能干燥器溫升小的缺點(diǎn)，同時(shí)溫室型太陽能干燥器又能給干燥系統(tǒng)提供更多的熱能，讓太陽能利用率更高，加快了干燥效率�？煽焖俑稍锬切┖瘦^高的物料。但處理量小，投資相對(duì)大。集熱器—溫室型太陽能干燥器結(jié)構(gòu)示意圖如圖 3.3 所示[39]。

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