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太阳能—热泵联合干燥装置研制及罗非鱼干燥实验研究

作　者: 郭胜兰
导　师: 关志强
学　校: 广东海洋大学
专　业: 水产品加工及贮藏工程
关键词: 太阳能热泵联合干燥制热系数除湿能效比干燥实验
分类号: TS254.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

为了合理利用新能源,有效降低食品干燥过程中的能耗,本课题在分析了太阳能干燥、热泵干燥和热风干燥的各自优势和不足之后,设计并搭建了可以与多种食品材料干燥性能相匹配的太阳能-热泵联合干燥装置,并从装置的性能指标出发,对其干燥方式的独立和联合运行的模式进行了相应的性能测试。为了考察装置的干燥特性,以广东省湛江市所产的罗非鱼为原料,进行了干燥材料与装置的匹配实验,研究了过程参数的调节和变化对物料干燥特性的影响,最后对太阳能集热装置的经济性进行了分析。并完成了以下工作:1.完成了太阳能-热泵联合干燥装置的设计研究。以定量干燥为条件,依据当地的地理位置和太阳能辐射情况,对太阳能集热和空气源热泵的联合装置的耦合性能进行了理论分析和设计,确定了系统的运行流程,根据太阳能集热器的负荷的计算确定了集热器的面积和附助设备的选型。在定工况条件下对热泵干燥装置负荷进行计算,确定了系统设备的配置和相应的选型,分析了装置可实现的功能。此装置是多功能变工况的可联合或独立的太阳能-热泵干燥装置,装置能根据天气情况的变化调节以实现太阳能独立干燥,热泵独立干燥,太阳能-热泵联合干燥以及相应的开式、半开式和封闭式的循环方式,干燥过程中能根据干燥物料的特点和要求变换不同的运行模式和工况。2.搭建了太阳能-热泵联合干燥装置,并对搭建好的太阳能热泵联合干燥装置进行了性能测试和分析,测试结果显示:热泵干燥系统的除湿能耗比随着冷凝温度的升高而下降,随着蒸发温度的升高而增加;热泵的制热系数为3.1,在热泵蒸发器入口风温分别为40℃、45℃、50℃时,太阳能-热泵联合干燥系统的制热系数分别为5.0、6.7、8.0,明显高于热泵单独运行时的制热系数;太阳能热泵联合干燥装置具备良好的调温和控温能力,能满足多种工况变化的要求。3.以罗非鱼为实验原料对水产品在太阳能-热泵联合干燥装置中的干燥过程和特性进行了初步试验研究,进行了罗非鱼片在热泵干燥单独运行和太阳能干燥单独运行的干燥实验,对其干燥曲线和干燥速率进行对比分析,实验样品的干燥时间和能耗与干燥条件密切相关,且干燥温越高,干燥速率越快,原料厚度越小,其相同干燥时间内能获得含水率更低的干品。这为太阳能热泵联合干燥装置的研发和生产工艺提供了理论依据。4.在实验基础上对太阳能集热系统进行了技术经济评价,得出太阳能装置投资回收期2-3年,经济上是可行的.

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-20
  1.1 课题背景  11-12
  1.2 太阳能干燥简介  12-13
    1.2.1 我国太阳能资源分布  12-13
    1.2.2 太阳能干燥的特点  13
  1.3 热泵干燥简介  13-17
    1.3.1 热泵干燥原理  13-15
    1.3.2 热泵干燥的特点  15-16
    1.3.3 热泵干燥在水产品干燥中的应用  16-17
  1.4 太阳能-热泵联合干燥国内外研究概况  17-19
    1.4.1 国外研究概况  17-18
    1.4.2 国内研究概况  18-19
  1.5 本论文研究的主要内容  19-20
2 太阳能热泵联合干燥系统的设计  20-35
  2.1 设计要求  20
  2.2 太阳能热泵干燥装置的结构及运行模式  20-21
    2.2.1 装置的结构组成  20
    2.2.2 装置的运行模式  20-21
  2.3 太阳能系统的设计  21-24
    2.3.1 干燥过程中需要除去的水分  21-22
    2.3.2 干燥过程中消耗的热量  22
    2.3.3 太阳能单独运行需要的空气量  22-23
    2.3.4 换热器的热计算  23
    2.3.5 水箱的设计计算  23
    2.3.6 集热器的面积  23-24
  2.4 太阳能集热系统部件选型  24-26
    2.4.1 太阳能集热板的选型  24-25
    2.4.2 蓄热装置的配置和选型  25
    2.4.3 水泵  25
    2.4.4 空气-水换热器的配置和选型  25-26
  2.5 热泵干燥系统的设计  26-29
    2.5.1 蒸发器的除湿负荷  27-28
    2.5.2 需要的空气量  28
    2.5.3 蒸发器从空气中吸收的热量  28
    2.5.4 蒸发器面积的确定  28
    2.5.5 压缩机的功率  28-29
    2.5.6 冷凝器面积的计算  29
    2.5.7 壳管式冷凝器面积的计算  29
  2.6 热泵系统各部件的配置  29-30
    2.6.1 压缩机  29
    2.6.2 蒸发器的选型  29
    2.6.3 冷凝器的选型  29-30
    2.6.4 储液器的选型  30
    2.6.5 干燥过滤器  30
    2.6.6 电磁阀的选型  30
    2.6.7 膨胀阀的选型  30
  2.7 太阳能热泵干燥系统热效率分析  30-34
    2.7.1 热泵系统制热系数分析  30-33
      2.7.1.1 开式热泵系统的制热系数分析  30-32
      2.7.1.2 闭式热泵干燥系统的制热系数分析  32-33
    2.7.2 太阳能热泵联合干燥制热系数分析  33-34
  2.8 辅助加热设备  34-35
3 实验装置的搭建  35-39
  3.1 装置的简介  35-37
    3.1.1 太阳能集热系统  35
    3.1.2 换热系统  35-36
    3.1.3 热泵机组  36-37
  3.2 测试系统  37-38
  3.3 装置的特点  38-39
4 太阳能热泵联合干燥机组运行性能测试及分析  39-48
  4.1 引言  39
  4.2 太阳能系统性能测试  39-41
    4.2.1 集热器集热能力测试  39-40
    4.2.2 换热器性能测试  40-41
  4.3 热泵系统性能测试  41-46
    4.3.1 变工况下压缩比变化  41-43
    4.3.2 热泵干燥系统的制热系数测试  43-44
    4.3.3 热泵干燥系统的除湿能耗比SMER  44-46
      4.3.3.1 热泵工质冷凝温度对除湿能耗比的影响  44-45
      4.3.3.2 蒸发温度变化对SMER 值的影响  45-46
  4.4 太阳能-热泵联合干燥系统的制热系数分析  46-47
  4.5 结论  47-48
5 太阳能热泵联合干燥罗非鱼的实验研究  48-58
  5.1 前言  48
  5.2 太阳能干燥罗非鱼的实验研究  48-51
    5.2.1 材料与设备  48
    5.2.2 实验方法  48
    5.2.3 测试指标  48-49
      5.2.3.1 水分含量的测定  48
      5.2.3.2 能耗的测定  48
      5.2.3.3 复水率的测定  48-49
    5.2.4 实验结果与分析  49-51
      5.2.4.1 太阳能干燥罗非鱼的干燥曲线  49-50
      5.2.4.2 干燥箱内温度变化的讨论  50-51
  5.3 热泵干燥罗非鱼的实验研究  51-54
    5.3.1 实验方法  51
    5.3.2 实验结果分析  51-54
      5.3.2.1 不同温度下干燥曲线比较  51-53
      5.3.2.2 不同厚度下干燥曲线比较  53-54
  5.4 太阳能热泵联合干燥的可行性分析  54-56
    5.4.1 干燥速率分析  54-56
    5.4.2 复水率比较  56
    5.4.3 能耗分析  56
  5.5 本章小结  56-58
6 太阳能干燥系统的经济性分析  58-60
  6.1 太阳能系统经济性评价方法  58
  6.2 太阳能系统的初投资  58-59
  6.3 太阳能集热系统成本回收年限  59-60
7 结论  60-61
参考文献  61-64
致谢  64-65
作者简介  65-66
导师简介  66

太阳能—热泵联合干燥装置研制及罗非鱼干燥实验研究

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