本文關(guān)鍵詞：基于自然冷資源利用的降溫加濕系統(tǒng)試驗研究

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【摘要】：我國北方冬季漫長寒冷,自然冷資源豐富,夏季短暫炎熱,利用此氣候特點,冬季貯冰至夏季用于生鮮、農(nóng)副產(chǎn)品的貯藏保鮮,可大大節(jié)約能源。目前常規(guī)制冷保鮮庫多采用電能驅(qū)動,使用制冷劑造成環(huán)境污染,同時消耗大量能源。在能源危機和環(huán)境污染日益嚴峻的情況下,利用自然冷資源貯冰蓄冷保鮮蔬菜水果即節(jié)約能源又保護環(huán)境,是一種清潔的綠色能源。合理開發(fā)利用可再生清潔能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)消耗性能源,是解決能源短缺和環(huán)境污染的關(guān)鍵。本文分析國內(nèi)外自然冷能利用的先進技術(shù),結(jié)合北方地區(qū)氣候特點及試驗條件,設(shè)計了一套引入自然冷能的降溫加濕裝置,冬季貯冰至夏季釋放冷量后得到溫度較低的冷水,代替?zhèn)鹘y(tǒng)制冷劑以間接換熱、內(nèi)循環(huán)制冷方式,預(yù)冷時間短,儲冰室與保鮮庫分離,大大提高保鮮庫空氣質(zhì)量。利用LabVIEW軟件平臺開發(fā)了空調(diào)環(huán)境自控系統(tǒng),實現(xiàn)溫度、濕度自動控制和多點同時降溫。本文主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)對保鮮庫自動控制系統(tǒng)整體方案進行設(shè)計�；谔摂M儀器技術(shù)為平臺,利用PCI-6225數(shù)據(jù)采集卡、遠端模擬量輸出模塊RM441、溫濕度傳感器、CO2氣體濃度傳感器、漏電保護器與計算機等硬件,搭建空調(diào)測控系統(tǒng),對環(huán)境參數(shù)進行采集、存儲、顯示、控制等操作�？蓪崿F(xiàn)對保鮮庫內(nèi)溫度、濕度、二氧化碳氣體濃度等各物理參數(shù)的測量與控制。通過Lab VIEW與Microsoft Access數(shù)據(jù)庫通訊,利用強大的數(shù)據(jù)庫管理功能對采集的數(shù)據(jù)進行存儲、檢索、查詢、刪除等操作。(2)設(shè)計基于自然冷能貯冰蓄冷的冰水混合間接換熱系統(tǒng),對其核心設(shè)備翅片管式換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行設(shè)計計算,根據(jù)保鮮庫需冷量計算得出迎風面積0.16 m2、總傳熱面積8.6m2、換熱管總長度25.5m的四管排翅片管式換熱器。采用Design-expert8.0軟件分析冰水流量、迎面風速、換熱管長三個因素對換熱量和壓力降的影響。建立回歸模型,得出換熱量最佳且壓力降最低的尋優(yōu)結(jié)果為:迎面風速2.86m/s、冰水流量0.85m3/h、換熱管長24.36m,可得最優(yōu)換熱量4.92k W、壓力降56.98Pa。(3)利用ANSYS FLUENT軟件,對翅片管式換熱器空氣測的流動與換熱特性進行數(shù)值模擬,并進行試驗驗證,得到溫度場、速度場、壓力場、平均場協(xié)同角的分布規(guī)律。分析不同迎面風速、來流入角、來流溫度等對流動換熱特性的影響。結(jié)果表明:迎面風速對換熱影響顯著,迎面風速分別取1.5~4m/s 6個不同值時,換熱系數(shù)和壓力降分別增加了133%、428%;來流入角對翅片側(cè)的氣流分布影響大,過大或過小的來流入角會產(chǎn)生渦流及氣流分布不均勻現(xiàn)象,影響傳熱性能。來流入角30°時比0°時換熱系數(shù)增加了18.7%,即迎面風速方向沿著冰水流動的方向呈逐漸降低的分布方式,對換熱有利;利用場協(xié)同原理分析了平直翅片管式換熱器的換熱特性,迎面風速在1.5~3.5 m/s范圍內(nèi)時,平均場協(xié)同角隨迎面風速增加而增加,平均場協(xié)同角度增加了12%,流場與溫度場的協(xié)同情況變差,對強化換熱不利。當風速達到3.5m/s后,協(xié)同角度幾乎不隨風速變化,最佳迎面風速范圍介于2.5~3m/s之間。(4)在綜合分析傳統(tǒng)濕冷系統(tǒng)基礎(chǔ)上引入自然冷能,設(shè)計了噴霧式冷風機濕冷系統(tǒng)。此系統(tǒng)同樣具備“三循環(huán)”,即噴霧水循環(huán)、冰水循環(huán)、濕空氣循環(huán)。分析和測試了噴淋水量、迎面風速、濕球溫度對濕冷系統(tǒng)制冷性能的影響。試驗結(jié)果表明:迎面風速和噴淋水量是影響濕冷系統(tǒng)運行效果的主要因素,換熱系數(shù)隨著迎面風速和噴淋水量的增加而增加,達到最佳值后增加趨勢平緩。當噴淋水量從0.08m3/h增至0.2m3/h,制冷量平均變化率增加了60.7%,確定最小噴淋水量為0.14 m3/h;迎面風速取1.5~4m/s范圍,總換熱系數(shù)增加了46%,空氣對流傳質(zhì)系數(shù)和能效比(EER)分別增加了43%和5%,最佳迎面風速3 m/s,最小噴淋水量0.14m3/h時,換熱系數(shù)高達114.78W/(m2·K);噴淋水的溫度對空氣降溫幾乎無影響;制冷量和能效比(EER)均隨入口濕球溫度的升高而減小,空氣濕球溫度從12℃增大至24℃時,制冷量和能效比分別減少了5%和5.3%,空氣入口濕球溫度高對換熱不利,此濕冷系統(tǒng)適合北方干燥的地區(qū)使用;干工況下總換熱系數(shù)比噴霧工況總換熱系數(shù)下降了75%,該濕冷系統(tǒng)預(yù)冷時間短,實現(xiàn)低溫(3.8℃)、高濕(92%RH~100%RH)且相對穩(wěn)定的保鮮環(huán)境。(5)冰水制冷保鮮庫內(nèi)最低溫度在4℃左右,而大多果蔬保鮮溫度介于5℃~7℃區(qū)間,部分農(nóng)產(chǎn)品保鮮需要0℃~4℃,采用鹽水凍冰制冷可大幅降低保鮮庫溫度,擴大農(nóng)產(chǎn)品保鮮貯藏溫度范圍。利用Design-expert8.0軟件分析了迎面風速、鹽水濃度、管排數(shù)三個因素對保鮮庫內(nèi)溫度的影響,以溫度最低為優(yōu)化目標的最優(yōu)參數(shù)為迎面風速3.5 m/s、鹽水濃度10%、5管排換熱器時,保鮮庫內(nèi)最低溫度為-1.12℃。(6)按保鮮庫實際儲量進行2t西紅柿的保鮮計算。計算全年運行耗冷量及需冰量,與傳統(tǒng)濕冷系統(tǒng)、普通機械制冷保鮮庫進行成本效益對比分析,三種保鮮庫初期建設(shè)成本分別為6.11萬元、8.06萬元、8.6萬元,全年電費消耗分別為0.19萬元、0.38萬元、0.77萬元,引入自然冷能可減少0.4t二氧化碳氣體的排放量,按保鮮庫使用周期10年計算,將自然冷資源引入果蔬保鮮庫中,可大大節(jié)約運行成本,同時降低二氧化碳排放量,提高其環(huán)境效益和經(jīng)濟效益,有很大的發(fā)展前景。
【學位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP273;S37

【參考文獻】

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本文編號：1306425