真空平板玻璃太阳能集热谷物干燥装备研究

【摘要】：谷物干燥是谷物收获后储藏前的必备工作,现有的谷物干燥装备多采用电能或燃料燃烧的热能作为干燥能源,能耗大,成本高,有污染。随着全球能源、环境问题的日益凸显,研究开发太阳能集热新型绿色低耗谷物干燥装备显得迫在眉睫。 本文利用太阳能集热器、翅片式液—气热交换干燥床、真空平板保温玻璃干燥仓等,开展以太阳能为热源的真空平板玻璃谷物干燥装备研究,设计开发真空平板玻璃谷物干燥装备,对干燥仓内热交换及热流流动进行建模与仿真计算,分析研究谷物干燥装备的相关工艺和技术路线,以期实现干燥过程的节能、环保、高效。 谷物干燥仓的关键零件是液—气热交换干燥床,其倾斜角度、待干燥谷物层流速度、粮层厚度、干燥仓的通风量和热风速度等对谷物的干燥品质具有重要影响。通过建立液态热源与冷风的传热方程,研究管片式热交换干燥床的热交换过程,研究热源温度和流量对冷空气加热过程的影响,得出系统换热系数,计算每一层管片的空气出口温度。利用薄层干燥方程建立谷物内部水分的流动模型,通过分层计算的方法研究干燥循环次数和干燥时间对谷物含水率的影响。 分析研究表明,液—气热交换床采用与水平面成30°的倾角对提高干燥效率和干燥品质有利,主风道通风速度为16.11m/s,谷物在热交换床上的质量流量为13.56kg/min,粮层厚度为315mm时,干燥仓内的通风量能满足谷物干燥的要求。通过对通风系统风速和风阻进行计算与仿真,得到通风系统总阻力压降为430.38Pa,热交换床通风阻力压降为117Pa,粮层通风阻力压降为7564.6Pa。 对液—气热交换床热源的流动情况以及空气与翅片的热交换过程进行有限元分析,热交换床扁管中热源温度为80℃、质量流速为0.4kg/s时,各层热交换床空气出口温度能满足谷物干燥的要求。为了验证热交换床的换热量计算,进行热交换床热交换实验,实验结果表明干燥仓内最底层热交换床通风出口温度能达到45.1℃,第二层热交换床通风出口温度能达到54.2℃,最高层热交换床通风出口温度能达到57.9℃,实验结果与理论计算值较为一致。 对谷物内部水分的流动模型研究结果表明,谷物含水率随干燥循环次数的增加而降低,但谷物内部含水率的降低幅度不断变小,历经12次干燥循环后,谷物含水率可达到12.9%,可达到完成谷物干燥的目标。 【关键词】：太阳能 谷物干燥 热交换 流体 Fluent仿真
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK513
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 课题的研究意义8-9
• 1.2 国内外现状9-11
• 1.2.1 稻谷太阳能干燥技术研究现状9
• 1.2.2 谷物干燥的过程模型研究现状9-10
• 1.2.3 干燥过程控制技术研究现状10-11
• 1.3 课题主要研究内容11-13
• 第二章 谷物干燥设备整体方案设计13-19
• 2.1 干燥流程13-14
• 2.2 干燥仓结构设计14-17
• 2.2.1 干燥仓整体结构14-15
• 2.2.2 干燥仓支撑架设计15-16
• 2.2.3 出粮口大小调节方案16-17
• 2.3 系统研究方法17-18
• 2.4 本章小结18-19
• 第三章 通风系统设计与通风量的计算19-39
• 3.1 热交换床倾斜角度测试研究19-22
• 3.1.1 粮层厚度的测量19
• 3.1.2 谷物流量测量19-20
• 3.1.3 实验数据计算20-22
• 3.2 通风系统22-25
• 3.2.1 通风系统管道布置方案22
• 3.2.2 总通风量22-25
• 3.2.3 通风速度25
• 3.3 通风阻力计算25-30
• 3.3.1 通风管道产生的通风阻力25-28
• 3.3.2 热交换床阻力计算28-30
• 3.3.3 粮层通风阻力30
• 3.4 通风系统的CFD仿真计算30-37
• 3.4.1 CFD计算模型31-32
• 3.4.2 通风速度仿真32-34
• 3.4.3 通风压力仿真34-35
• 3.4.4 仿真结果分析与比较35-37
• 3.5 本章小结37-39
• 第四章 热交换床换热过程研究39-57
• 4.1 热交换区域划分39-40
• 4.2 传热计算模型40-43
• 4.2.1 两方程模型40
• 4.2.2 平均温差计算40-42
• 4.2.3 传热有效度42-43
• 4.3 数值计算43-48
• 4.3.1 传热面积43-45
• 4.3.2 换热系数45-46
• 4.3.3 传热系数46-47
• 4.3.4 流体出口温度计算47-48
• 4.4 热交换床热交换仿真48-53
• 4.4.1 扁管内热水流动仿真49-51
• 4.4.2 翅片与空气热交换仿真51-53
• 4.5 热交换床换热过程实验研究53-55
• 4.5.1 实验设备53-54
• 4.5.2 实验结果分析54-55
• 4.6 本章小结55-57
• 第五章 谷物内部水势模型的研究57-64
• 5.1 谷物水分计算57-60
• 5.2 干燥循环次数计算60-63
• 5.3 本章小结63-64
• 第六章 总结与期望64-66
• 6.1 总结64
• 6.2 期望64-66
• 参考文献66-69
• 致谢69-70

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