2HP热泵干燥机的设计【含CAD图纸+文档】
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任务书课题名称2HP热泵干燥机的设计院 (系)专 业姓 名学 号起讫日期指导教师毕业设计(论文)的内容和要求 课题:2HP热泵干燥机的设计本毕业设计课题结合产品开发,要求学生有一定的工程能力,本课题选题合理,工作量饱满,机械制图要求比较高。学生通过本课题的设计可以综合大学4年所学知识的运用能力,特别是工程热力学、传热学、流体力学、制冷、热泵技术及相关专业课程的知识应用,同时有要有一定创新能力。本毕业设计资料比较欠缺,所设计要求学生进行设计计算、总装图和零部件图纸的设计,通过本毕业课题的设计有利于学生工作尽快适应工作岗位的要求设计。 主要设计参数:已知环境条件:干球温度:60 相对湿度:70%压缩机功率:2HP制冷剂:R22主要内容:热泵干燥机的设计主要是单级压缩热泵循环中蒸发器和冷凝器的设计:1、查阅资料,要求查阅相关资料,中文文献25篇以上,英文文献5篇以上,了解冷除湿机工作原理,写文献综述,并作开题报告;2、环境工况及需求分析;3、热泵循环热力计算:4、蒸发器、冷凝器的设计计算;5、图纸设计,重点在总图和各换热器的设计图纸上。一、 毕业设计(论文)图纸内容及张数 设计部分:2HP热泵干燥机的设计内容:1、零部件图纸(折1#图纸6张以上) 2、完成干燥机的设计说明书; 3、完成干燥机的设计; 二、 实验内容及要求 无三、 其他 无四、 参考文献 1 制冷技术及其应用;2 制冷原理与设备;3 工程热力学;4 传热学;5 流体力学; 六、毕业设计(论文)进程安排起讫日期设计(论文)各阶段工作内容备 注文献综述、英文资料翻译开题报告系统的设计计算图纸设计写论文,准备答辩4热泵干燥机性能摘要:我们提出了一个简单的关于热泵干燥机干湿过程的数学模型。一个叫“接触系数”的术语被用于描述干燥室的理论模型中。关于干燥率的不同类型产品的实验数据被用来预测这个干燥机接触系数的值。我们研究各种参数带来的影响,例如接触系数,进气条件和热泵干燥器性能上的水分去除率。验证得到干燥器的非三维接触系数对于干燥空气入口温度是不敏感的。最后,提出用性能图表来指导选择热泵干燥器的组件。关键词 热泵 干燥 接触系数 建模简介干燥技术不仅是最古老食品保藏形式之一,也是许多化工和加工工业中的一个常见单元操作。在传统干燥机中,湿空气是从干燥机中排放到大气中,这会导致蒸发的水分含量显热和潜热的损失。相反,结合热泵的干燥机,潮湿的空气离开干燥机后会被回收,除湿,混合新鲜空气再预热,然后返回到干燥机中。因此热泵干燥器是一个集成的热泵系统的干燥。 Strommen(1980)用全封闭热泵干燥机研究了鳕鱼的干燥特性,并提出了一个半经验模型来预测鳕鱼的干燥速度。 zyalla等人(1982)回顾了各种类型的干燥机的报道,当要求RH30%时,热泵干燥机比其它的更有优势。一个关于热泵除湿/干燥系统的性能实验研究被TAI等人(1982)报道。干燥空气被用于干燥悬浮在干燥器中湿的细麻布。当速度接近为1.6米/秒时,该系统达到最大的性能系数COPh。当过热度是19 K时可以获得速度为1.6米/秒的最小功率系数,SPCh。 Skevington等人(1987)报道了热泵干燥机在食品加工过程中的两个新的应用程序,即,苹果脆片干燥,脱臭的羊肉。 Pendyala等人(1990a)报道了一个用来预测综合热泵辅助干燥器性能的数学模型。 Pendyala 等人(1990b)用两个不同的制冷剂,R11和R12来进行了关于热泵辅助干燥器的性能的研究。利用空气流动速度的方法对热泵辅助干燥器蒸发器和过热工作流体的性能的影响进行了研究。 这个性能系数,COPh,和特定的功耗值,SPCh,分别求出使用R11为35和3500千焦耳/公斤,并对应于R12的值分别为2.5和1800千焦耳/公斤。由Jolly等人(1990)报道了用详细数学模型研究关于热泵辅助连续干燥系统的性能报告,并且这个模型被JIA等人(1990)用来针对几个关键系统方面研进行究,如蒸发器空气旁通比和换热器的使用的热泵辅助连续干燥系统性能。 这个旁通空气比,总的质量流量和所排出的空气的质量流率被确定为影响系统性能的关键参数。对环境条件一个开放的空气循环热泵干燥器被报道说比简单的除湿热泵干燥机更为敏感。由Jolly和 Jia 等人(1990)报道的用来证实数学模型的实验研究预测了由Clements等人(1993)执行的一个热泵辅助连续干燥系统的性能。观察到进入蒸发器的空气的相对湿度从30至80增加,特定的水分提取速度给予两倍增长,SMERh,并发现了总空气流量和通过空气的比例最佳值。 我们目前的工作是开发一个数学模型来研究热泵干燥机的性能。我们的目标是获得一个简单的关于通用热泵辅助机的设计和选择的指导。我们提出了一个关于通用热泵干燥器的描述,一个在phychrometric方程基础上发展起来的理论模型,和帮助选择热泵辅助机的性能图表。系统 在这项工作中考虑的热泵辅助干燥机(HPD)是由七个主要部分组成,即,一个压缩机,一个外部和内部的冷凝器,一个膨胀阀,一个蒸发器,一个室外空气预热器和再热发生器。原理图的HPD对低温和高温干燥的应用程序分别如图1和图2所示。在低温和高温干燥的空气湿度过程分别如图3和图4所示。在低温干燥(LTD)的应用程序,产品从空气中吸收水分,而后流经干燥器。部分湿空气从干燥器中排放到大气中。剩余部分会经过充当除湿机的蒸发器。在这里,湿空气会因为冷凝将热量传给热泵工作流体而失去部分水分。然后除湿后的空气会和通过的空气混合。这种混着新鲜空气的新气流吸入到该系统中,并越过被冷凝工作流体加热的冷凝器。室外空气预热器和再热器在低温应用中一般是从系统脱离。在高温干燥(HTD)应用程序,离开干燥器的部分湿空气在流过室外空气预热器时预热进入系统的新鲜空气后被释放到大气中。通过再热发生器的预热的新鲜空气在此混合循环空气即点8后通过干燥器,如图2所示。 在HTD应用程序,再热发生器的有效热能被进入系统的新鲜空气有效利用。理论模型在HPD中,考虑的主要参数包括压缩机,冷凝器和蒸发器的容量,与室外空气吸入的百分比和绕过蒸发器的空气的量。参数的变化被一个非常狭窄的范围所限制,因为它们必须匹配维护操作条件所需的HPD和对干燥机所需的进气条件,否则会影响到产品的质量。 因此,对于HPD,知道在干燥过程中这些参数的变化对HPD的性能的影响是很必要的。我们采用基于基本温湿方程的理论模型来模拟低温和高温热泵辅助干燥机的性能,分别如图1和图2所示。一个术语“接触系数”,常用于空调的应用程序(Norman,1983),使用于描述干燥室的模型中,表示农产品和干燥介质的转移的热量和质量(水分)。接触系数我们把干燥机的接触系数定义为空气在干燥机进出口之间的含湿量差值与在等同条件下进行的出口为饱和空气的进出口含湿量差值的比值。因此, (1)在完全饱和的条件下(100RH)空气离开干燥器的统一接触因子。并且,干燥机的接触系数决定了空气离开干燥器的条件。众所周知,产品的干燥是由复杂的传热传质机理控制的,而这又是受一些参数的影响,如流速,温度,湿度,流经干燥器的空气方向,和干燥器的几何结构。接触因子的概念是试图把干燥机看成一个“黑盒子”。作为一个函数的上述参数的干燥机接触系数的值可以通过执行各种改变这些参数的产品实验体现。从干燥机中获得产品的干燥速率的实验数据和干燥机接触系数有关。各种产品的干燥特性在 Strommen(1980),往后等人(1980), Ratti 和Crapiste (1992), Hawlader (1991), Brunello 和Claudio (1982) 和 Batsale a和Puigalli (1985)的报告中报道的,和干燥器接触因子的相应值列于图5至图10中。 Strommen(1980)中干燥空气进入温度为11C和26给出的损失的鳕鱼的重量百分比,被用来确定Strommen(1980)中干燥器的接触系数。对于一个给定的穿过干燥器和干燥器空气入口条件空气流量,进入干燥器空气含湿量,和在完全饱和的情况下离开干燥器的空气含湿量,可以从湿度图上看到。在Strommen(1980)提出的每10小时对干燥时间的鳕鱼的体重损失百分比被用来计算离开干燥器的空气水分除去率,(-)。干燥机的接触系数也可以被定义为干燥器的实际水份除去率和最大可能的水分去除率的比值。对于一个给定的空气流量,干燥器实际的水分去除率,是离开干燥器的空气水分含量和进入干燥器的空气水分含量之间的差异,并且在这种情况下,是从鳕鱼的损失重量百分比获得。另外,完全饱和空气的水分含量,和进入干燥器的空气水分含量,之间的差异决定,在干燥机中可以实现的最大可能的水分去除率。在方程(1)中使用的值,和外加每10小时计算的干燥值被用来计算干燥机的接触系数的相应值。图5示出了这样运算出的干燥机的接触系数,并且鳕鱼的重量损失百分比的值也包括在内用于比较。无论干燥器空气入口条件,干燥器的接触系数随干燥时间的增加而减小。还应当注意的是,鳕鱼的重量损失百分比对干燥时间,空气入口条件11,60RH和26C,60RH的变化,不反映在干燥机的接触系数的相应值。 Saurez等人 (1980)获得的大豆干燥特性和接触系数的预测值如图6中所示。由Saurez等人(1980年)研究了在不同的干燥空气入口条件下大豆的干燥行为。根据不同的干燥空气进气条件。对于一个给定的时间t,则和的值从空气入口条件下获得,的值从大豆的水分含量预测得到,这些值是在方程(1)中用来计算干燥机的接触系数的。大豆的水分含量和干燥器的接触系数随干燥时间的增加减少。这是显而易见的,从图6中可以看出大豆的干燥速率受进气温度强烈影响,而接触系数很少受进气温度的影响。图7给出了 由Ratti 和 Crapiste (1992)获得的在两个不同的进气口的条件45,50RH和45,11RH下的马铃薯切片水分含量比。这些接触系数的值也在图7所示。时间t内预测水分去除量所用的水分含量比率,是在时间t的马铃薯磁盘水分含量和马铃薯磁盘初始水分含量的比值。 和接触因子的值都被进气的相对湿度的强烈影响,并随干燥时间的增加而减少。 图8给出了由Hawlader等人(1991)报告的西红柿的干燥特性和干燥机的接触系数相应值。对于一个给定的干燥机空气进气条件,Hawlader等人 (1991)研究了在80DBT,355下WBT和80DBT,36.6WBT的干燥空气进气条件下的西红柿的干燥特性的空气速度的效果。图8给出的了空气流速为0.4米/秒和1.8米/秒的西红柿重量损失的值和相应由方程(1)预测的接触系数的值,在图8中我们可以看出,空气流速在西红柿的重量损失和干燥机的接触系数方面有显著影响,空气流速的增加增加了西红柿的重量损失,并降低的干燥机的接触系数。另外,图5和6展现了进入的空气的干球温度在干燥机的接触系数方面的影响,而图7和图8分别示出,空气的相对湿度和空气流速在接触系数方面的影响。接触系数很少被进气温度影响,如图5和图6中所示,然而它是被空气的相对湿度及空气流速强烈影响着,分别如图7和8所示。这表明,对于一个给定产品,干燥机的接触系数和干燥机进气温度是相对独立的,并可能取决于流速和进入干燥机的空气的相对湿度。这意味着,对于一个获得给定干燥空气的入口温度和湿度的干燥机接触系数可以用来描述其他具有相同的相对湿度的干燥空气进气条件下的产品的干燥速率。 图9呈现了Brunello和Claudio(1982)所报告的高粱颗粒的水分含量和由方程(1)预测的接触系数的相应值的。Brunello和Claudio(1992)研究了不同水分含量的高粱颗粒的干燥行为。正如预期的那样,高粱粒的水分含量和接触系数随干燥时间的增加而减少。从图9中可见,经过测试的高粱颗粒的样品的初始水分含量在高粱粒的干燥速率以及干燥机上的接触系数方面不具有显着影响。在图10中显示了由Batsale和Puigalli(1985年)报告的杏仁的干燥特性的实验结果和干燥机接触系数的相应值。杏仁的水分含量和接触系数的值随着干燥时间的增加而减少。 提法在低温应用中,在点1处进入干燥室的干燥空气中从干燥机的产品吸收水分到达点2。在点2的湿气干球温度T2,可以用函数的接触系数方程(1)计算。从接触系数的定义, (2)哪里 在低温的应用程序中,湿空气中的一部分(1-X)被排到大气中,在高温的应用程序中,该空气流在它被释放到大气中之前会先通过室外空气预热器来回收热量。对于公知的压缩机容量和性能系数COP,吸入高温热泵干燥机的空气的条件到绘制在点8处,通过室外空气预热器和再热发生器已经用下面给出的公式计算出。离开室外空气预热器的空气温度T7,被给定为 (3)离开再热发生器的空气温度T8,被给定为 ASHRAE(1989)推荐的下面的等式被用来预测在点8处(T8)的空气的温度。 (4)在高温应用中在点6的离开冷凝器的空气的条件可以在点1和点8的空气条件的基础上计算出来,这样和 (5) 在低温应用中,离开冷凝器的空气的条件和进入干燥机的空气条件是一样的。 由于离开冷凝器的空气条件和冷凝器的容量是已知的,在点5处进入冷凝器的空气的条件可以被计算, 从ASHRAE(1989)的相关提示预测的点5处的空气的温度T5被给定为(6) 因为点5和点0的的空气条件是已知的,所以在低温应用程序中点4的空气的条件可以用混合流方程预测。因此,和 (7) 在高温干燥的应用中,因为没有除湿空气和室外空气之间的混合,在点4的空气条件和点5处的保持相同。所述蒸发器的容量Qe,为公知的压缩机和冷凝器容量计算,可以表示为 (8)冷凝水的焓,点3可表示为 (9)等式(9)在等式(8)中的带入 (10)其中C1= 4.19, 和C2= 0.168 15. 通过蒸发器的空气百分比Y可以计算为 (11)解决数学模型 对于一个给定的干燥空气进气条件和干燥机的接触系数,离开干燥器的空气条件是由方程(2)计算得到。从零变化到统一的接触系数,用于定义从产物中除去的水分的量。对应的最大可能的水分去除率的统一的接触因子可以通过干燥机获得,而零值代表的接触因子表示没有水分从产品流过干燥介质的干燥过程/干燥机。因此,无量纲接触系数的使用简化了计算过程。 在HPD中再循环的空气的量X,被假定来解决这个模型,并且作为决定系统容量的主要参数之一的X的值通常是在干燥产品和室外空气条件的类型的基础上选择的。 在LTD的应用程序中,对于公知的压缩机容量,和性能系数,COP,空气进入冷凝器的条件由等式(6)预测得到。在点5和点0的已知的空气条件被用于等式(7)中来预测点4的空气条件。 在HTD应用程序中,假定发电机的热损失和室外空气预热器的有效性,并且方程(3)和(4)被用来计算在点8处的吸入系统的新鲜空气的条件。方程(5)是点1和点8处的空气流速和温度的函数方程,它被用于预测点6处空气的温度,至于有没有点5和4之间的空气流混合,和LTD的应用程序中不一样,LTD的应用程序中室外和再循环的空气流会在点5处混合,点4的空气条件保持不变。 在LTD和HTD应用程序中,点4和点2外加计算的空气条件被用于方程(10)来预测离开蒸发器的点3的空气温度,T3,然后用在方程(11)来计算空气经过蒸发器的百分比。结果 已开发一种计算机程序来计算HPD性能上的重要变量的影响。图11示出了在15,60RH和15,70RH干燥空气进气条件下干燥机的水分除去率的接触系数的影响。水分去除率随接触系数的增加而增加。可以从图11中推断,对于一个给定的干燥机空气进气温度和一个固定接触系数值,水分去除率是空气相对湿度的函数,并随相对湿度的增加而减小。图12中呈现了特定的水分提取率,SMERh的变化,其被定义为从干燥机除去转变为输入干燥机的能量的水分,与增加的水分去除率的比值。正如预期的那样,SMERh,随水分去除率的增加而增加。在图13呈现了特定的功率消耗,SPCh,和干燥机中增加的水分去除率的变化。SPCh,是输入到干燥器的能量和干燥器中除去的水分的比率。随着水分除去率的增加,SPCh,初始启动时以很快的速度下降,然后随着水分去除速率的近一步增加而缓慢下降。冷凝器的特定功耗,SPCc,(用于冷凝器的能量与从干燥器中除去的水分的比值),和蒸发器的特定的功耗,SPCe(用于蒸发器的能量和从干燥器中除去的水分的比值)干燥机上的水分去除率分别在图14和图15所示。SPCc和SPCe的值,随着干燥机的水分去除率的增加而减少。性能图表 基于一个参数分析,可直接用于热泵干燥机的各种部件的选择的性能图表被准备好了。两种性能图表,每个都包括标记(1),(2), (3)和(4)的四个模块,绘制在15和75下的空气进气条件,分别在图16和图17所示。图表绘制了热泵干燥机处理95的再循环空气和5的室外空气。其他参数的假定值如下(1)HPD的性能系数:8(2)室外空气预热器的有效性:O.7(3)发电机的热损失:60(4)传输损耗:20(从发电机到压缩机)图16和17标记(1)的模块,也被称为输入模块,提出在干燥室每千克每秒的干燥空气除去的水分的量对在蒸发器上每秒冷凝的水分的量的效果。对于干燥器中一个已知的水分去除率,在蒸发器冷凝的水分的量可以从该模块中得到。压缩机的容量信息可以从模块(2)得到,或者是压缩机的模块,在该模块中热泵干燥器的特定的功率消耗,SPCh,和在蒸发器的冷凝水的量是有关的。因此,压缩机的容量可以直接从以在蒸发器的冷凝水的量的基础上建立起来的模块中读出。模块(3)或蒸发器模块提供了蒸发器能力的信息,因为它显示出特定的功耗,SPDh,和蒸发器的能力之间的关系。模块(4)或冷凝器模块叙述了冷凝器和蒸发器的能力。对于一个给定的蒸发器能力和从模块(1)获得的蒸发器冷凝,冷凝器的容量可以从该模块得到。 干燥机的热泵组件选择的过程如下:(1) 首先,对于一个给定的被干燥的产品,每秒每公斤干燥空气要除去的水分的量是被选择的。(2)在模块(1),对于不同的干燥机的空气入口条件,每千克每秒的干燥空气除去的水分的量和 蒸发器中用于冷凝的水分的量是不一样的,因此,对于一个已知的水分去除率,每秒每公斤的干燥空气,垂直线必须要绘制到点(a)来选择干燥器空气入口条件。从点(a)所示,模块(1)的y轴的水平线确定了蒸发器中水分冷凝的量。(3)现在,为了预测所需的压缩机的容量,从(a)点绘制一条水平线到模块(2),一直延伸到它满足和模块(1)中(b)点相同的干燥空气入口条件。从(b)点,一条垂直线绘制到模块(2)的x轴,以选择压缩机容量。(4) 为了选择蒸发器的容量,从(b)点,一条垂直线一直绘制到模块(3)(c)点。从(c)点,一条水平线绘制到模块(3)的y-轴来读取蒸发器的容量。冷凝器的容量(包括内部和外部的冷凝器的容量),现在可以分别从模块(2)和(3)得到的压缩机和蒸发器的容量的基础上的计算。(5)为了获得内部冷凝器的容量,一条从(c)点绘制到模块(4)的水平线满足了为绘制在模块(1)(d)点选择的干燥空气入口条件的曲线。从点(d)绘制一条垂直线到模块(4)的x-轴来读取内部冷凝器的容量。从冷凝器的总容量和内部冷凝器的容量的值,可以计算出外部冷凝器的容量。在LTD应用程序中外部冷凝器的使用都是很必要的。 应当指出的是, 因为此图表需要干燥机水分除去的速率的信息,水分去除率可以在恒定干燥速率条件下获得,但这通常会高于干燥速率降低条件下的,所以被用在这些组件的选择上以确保在不利的条件下干燥机的有效运行。在恒定的干燥速率的条件下干燥机的接触系数可以用在方程(1)中来实现水分去除率预测。结论 一个基于基本温湿方程的发展起来的理论模型研究了HPD的性能。接触系数的概念被用于数学模型来描述在产品和干燥介质之间的热量和质量(湿度)的传输过程。在不同的空气进气条件下的不同类型的产品的预测接触系数的值被提出。结果表明,特定的水分提取率SMERh和特定的能量消耗SPCh都受干燥机的接触系数强烈影响。干燥机的接触系数只对进入干燥机的空气的相对湿度和流速敏感。此信息将在实验中有用,因为它允许不同温度和相同湿度下的产品的干燥速率从一个单一的测试中估计。 使用数学模型生成的信息的基础上准备的性能图表被选作为HPD的组件的选择指南。实验将与在不同的干燥的空气入口条件和空气流量和干燥机的参数下的不同类型的产品进行分析,来验证数学模型和预测这些干燥机的接触系数。命名法CF 接触系数, 无量纲COP 性能系数, 无量纲 DBT 干球温度, Cpa 空气比热容, kJ/kg H2 点2的湿空气的焓, kJ/kg H3 点3的湿空气的焓, kJ/kg H4 点4的湿空气的焓,kJ/kg H5 点5的空气的焓, kJ/kg H6 点6的空气的焓, kJ/kg H7 点7的空气的焓, kJ/kg H8 点8的室外空气的焓,kJ/kg H3W 点3浓缩水的焓, kJ/kg HLG 发电机热损失, 百分比 QC 冷凝器容量, kW QE 蒸发器容量, kW QG 发电机输入功率, kW QR 再热器容量, kW SMER 特定水分提取速率, kg/kWh SPC 单位耗能量, kJ/kg T0 点0室外空气干球温度, T1 点1干燥空气干球温度, T2 点2湿空气的干球温度, T3 点3除湿空气的干球温度 T4 点4空气干球温度, T5 点5空气干球温度, T6 点6空气干球温度, T7 点7室外空气干球温度, T8 点8室外空气干球温度, T2WB 点2湿空气的湿球温度, 点2湿空气的含湿量, g/kg (空气) 点3除湿空气的含湿量, g/kg (空气) 点4空气的含湿量, g/kg (空气) 点5空气的含湿量, g/kg (空气) 点8空气的含湿量, g/kg (空气) WBT 湿球温度, WCO 压缩机工作, kW WP 每克产品含水量X 部分再循环空气量X0 产品初始含水量, g XT 在时间T的产品含水量, g Y 通过蒸发器的空气百分比下标c 冷凝器co 压缩机d 干燥机e 蒸发器 h 热泵干燥机参考文献1 ASHRAE (1989). Fundamentals Handbook, ASHRAE, Atlanta, GA. 2 Batsale, J. C.and Puigalli, J. R. (1985). Drying of crop products with a shell: experimental approach and modelling, its applications to hazelnuts, Drying 85, Hemisphere Publishing Corporation, New York 410-414. 3 Brunello, G. and Claudio, A. 0.(1982). The kinetics of sorghum grains drying in a mechanically stirred bed dryer, Drying 82, Hemisphere Publishing Corporation, New York 56-60. 4 Clements, S., Jia, Xiguo and Jolly, Peter (1993). Experimental verification of a heat pump assisted continuous dryer simulation model, Int. Journal of Energy Research, 17, 19-28. 5 Hawlader, M. N. A., Uddin, M. S., Ho, J. C. and Teng. A. B. (1991). Drying characteristics of tomatoes, Journal of Food Engineering, 14,259-268. 6 Jia, X., Jolly, Peter and Clements, Shane (1990). Heat pump assisted continuous drying, Part 2: Simulation results, Znt. Journal of Energy Research, 14, 771-782. 7 Jolly, P., Jia, Xiguo and Clements, Shane (1990). Heat pump assisted continuous drying, Part 1: Simulation model, Znt. Journal of Energy Research, 14, 757-770. 8 Keey, R. B. (1978). Introduction of indusmul drying operatiotrr, Pergamon Press, Oxford. 9 Mujumdar, Arun S. (1987). Handbook of industrial drying, Marcel Dekker, New York. 10 Norman, C. Harris, (1983). Modern air conditioningpractice. McGraw-Hill, New York. 11 Pendyala, V. R., Devotta, S. and Patwardhan, V. S. (1990a). Heat-pump-assisted dryer, Part 1: Mathematical model, Int. Journal of Enem Research, 14, 479-492. 12 Pendyala, V. R., Devotta, S. and Patwardhan, V. S. (1990b) Heat-pump-assisted dryer, Part 2: Experimental study, Znt. Journal of Energy Research, 14,493-507. 13 Ratti, C. and Crapiste, G. H. (1992). A generalized drying curve for shrinking food materials, Drying 92, Elsevier, New York, Part A 864-873. 14 Saurez, C., Viollaz Pascual and Chirife, Jorge (1980), Kinetics of soybean drying, Drying 80 Hemisphere Publishing Corporation, New York 251-255. 15 Skevington, S. (1987). Two novel applications of heat pumps in food processing, Australian Refrigration Air Conditioning, and Heating, 41 27-31. 16 Strommen, Ingvald (1980). Drying of heavily salted fish, Dying 80 Hemisphere Publishing Corporation, New York Vol. 2, 289-293. 17 Tai, K. W., Zyalla, R., Devotta, S., Diggory, P. J., Watson, F. A. and Holland, F. A. (1982a). The potential for heat pumps in drying and dehumidification systems, 11: An experimental assessment of the dehumidification characteristics of a heat pump dehumidification system using R114, Energy Research, 6, 323-331. 18 Tai, K. W., Zyalla, R., Devotta, S., Diggory, P. J. Watson, F. A. and Holland, F. A. (1982b). The potential for heat pumps in drying and dehumidification systems, 111: An experimental assessment of the dehumidification characteristics of a heat pump dehumidification system using R114, Energy Research, 6, 333-340. 19 Zyalla, R., Abbas, S. P., Tai, K. W., Devotta, S., Watson, F. A. and Holland, F. A. (1982). The potential for heat pumps in drying and dehumidification systems, I: Theoretical considerations, Energy Research, 6, 305-322. 开题报告学生姓名: 学 号: 所在学院: 专 业设计(论文)题目: 2HP热泵干燥机的设计 指导教师: 年 12 月 26 日开题报告填写要求1开题报告(含“文献综述”)作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下,由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成,经指导教师签署意见及所在专业审查后生效;2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式(可从教务处网页上下载)打印,禁止打印在其它纸上后剪贴,完成后应及时交给指导教师签署意见;3“文献综述”应按论文的格式成文,并直接书写(或打印)在本开题报告第一栏目内,学生写文献综述的参考文献应不少于15篇(不包括辞典、手册);4有关年月日等日期的填写,应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求,一律用阿拉伯数字书写。如“2004年4月26日”或“2004-04-26”。毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告1结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写2000字左右的文献综述:文 献 综 述1、 课题背景 随着世界经济的发展、世界人口的剧增和人民生活水平的不断提高,世界能源的需求量持续增大,能源资源的争夺日趋激烈,如何节能已经成为当今世界的一大主题。干燥是一项耗能较大的工艺过程,大约生产过程中总能耗的6%用于干燥过程,所以干燥过程具有很大的节能潜力。热泵是利用一定量的低温热能来获得较高温度、可供利用热能的热力系统,它可以有效的回收湿空气中的热量,减少循环空气的直接排放。2、 热泵干燥机简介热泵实质上是一种热量提升装置,高温热泵烘干机组利用逆卡诺23原理,从周围环境中吸取热量,并把它传递给被加热的对象(温度较高的物体),其工作原理与制冷机相同,都是按照逆卡诺循环工作的,所不同的只是工作温度范围不一样。3、 热泵干燥机的基本原理 热泵干燥装置主要由热泵和干燥器两大系统组成。热泵干燥机组主要由热泵(制冷)系统(压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置等)和空气回路(离心风机和干燥室等)组成。如图1,高温干热空气进入干燥室,带走被干燥物体的水分,变为湿热空气出来;然后进入蒸发器进行冷却除湿,首先冷却至露点,再进一步冷却使水分从空气中凝结出来,然后进入冷凝器处吸收热量后,变为高温干热空气,再进入干燥室内提高温度及吸收被干燥物体的水分,完成循环。而制冷剂在蒸发器中吸收来自干燥过程排放废气中的热量,由液体蒸发为蒸汽,经压缩机压缩后送到冷凝器中,在高压下制冷剂冷凝液化,放出高温的冷凝热去加热来自蒸发器的降温去湿的低温干空气,把它加热到要求的温度后进入干燥室内作为干燥介质循环使用,液化后的制冷剂经膨胀阀再次回到蒸发器1内。三、评价干燥机工作效率的主要指标 在干燥技术中评价其效率的指标2-3有:SPC(除湿能耗比kJ/kg)、COP(热泵系统的性能系数)、MER(单位时间除湿量kg/h)、SMER(单位能耗除湿量kg/kWh) SPC 是评价一个干燥机性能的传统指标,是耗功量与除湿量之比,COP 只反映了热泵系统的性能而没有考虑整个干燥系统,MER 考虑的是干燥系统干燥产品的输出量,SMER 能够较好的反应能量利用效率。一般主要使用它作为干燥机工作效率的主要指标。单位能耗水分排除量:SMER=水分蒸发量/干燥机消耗的能量 (kg/kWh)4、 使用场所 高温热泵烘干机组适用于宾馆酒店的床上用品的烘干,海产品、蔬菜脱水、AD黑银耳、瓜子、花生、果蔬、肉制品、肠衣、烟叶、皮革、香菇、枸杞、干果、蚊香、贡香、布料、衣物、粮食谷物、挂面、腐竹、肥料、药品、中药材、纸品、木材16-18,22、种子、污泥、石膏、五金产品、冶金产品、矿山副产品、化工产品、烟气脱硫石膏、粘土、牧草、烤烟、粉煤、煤泥、褐煤等的烘干。在工业热水方面,还可满足电镀厂电镀液的恒温、屠宰场高温热水的加热和保温、星级酒店高温热水的供应和工业企业高温热水的需求。五、技术前景物料烘干过程是一个巨大的耗能过程,据统计,在大多数发达国家里用于烘干所消耗的能量占全国总能耗的7%-15%,而热效率仅为25%-50%,并且大部分烘干过程特别是对热敏性物料(例如食品和生物物料)都会对其色泽、营养、风味和组织产生影响。热泵烘干技术24-28具有能源消耗少,环境污染小、烘干品质高、适用范围广等优点,其优异的节能效果已被国内外的各种试验研究所证明。六、热泵干燥机的特性 1、 热泵干燥机的优点(1) 节能。热泵干燥机的最大优势就在于其节能效率高,传统的开式电加热干燥法将干燥室出来的湿度大以及温度相对高的空气直接排入大气,浪费了其中大量的显热和潜热, 且开式循环的性能随环境空气状况的变化而变化。而热泵干燥系统将从干燥室出来的含有相当焓值的热能的湿热空气,通过蒸发器回收部分热量,再进入热泵系统循环。(2) 干燥的质量比较好。因为热泵干燥机一般都会安装在线传感器和较精确的控制装置,然后通过控制热泵干燥机的蒸发器和冷凝器的温度来实现实时控制。(3) 与其他干燥装置相比,更加节约干燥时间。低温干燥技术一般需时较长,传统的干燥器在干燥后期由于干燥介质的湿度与干燥物料的湿度相差不大,从而导致效率降低。而热泵干燥机组可以利用蒸发器的除湿作用使效率提高。(4) 与其他传统的干燥技术相比,利用热泵干燥技术将减少CO2 的排放,降低环境污染。 2、热泵干燥机的缺点(1) 初投资比较大。(2) 维护要求比较高。热泵干燥机组的压缩机、热交换器等都需要定期检查和维护,使机组在良好状态下运行。(3) 制冷剂泄漏。因为装置设有加压系统,可能会引起管道开裂等,从而导致制冷剂泄漏。七、国内外热泵干燥机的一些技术改进与改革 1、采用联合热泵干燥机:在热泵干燥系统中采用高频电磁波或红外线加热源作为辅助的加热,将提高干燥速度,同时减少热泵系统本身的热负载量。 2、在蒸发器前布置外部换热器:将外部换热器布置在蒸发器入口前,能将干燥后的潮湿空气中的显热和部分潜热排入环境,降低了蒸发器负荷,提高了除湿效率,但受环境影响较大。 3、安装回热器:安装回热器4的热泵可以利用从蒸发器出来的冷空气来预冷蒸发器前的高温高湿空气,既可以降低蒸发器负荷,又提高了除湿效率,同时不受环境影响,还可回收部分热量到冷凝器发挥作用。 4、加装辅助冷却器:在蒸发器前布置辅助冷却器4,可以减小蒸发器的热负荷,减小传热温差,降低了系统的能量损失。 5、利用相变材料贮热的热泵干燥机:一般地,当热泵干燥机的干燥温度达到干燥所需的温度后,常采用尾气排放或者调节辅助冷凝器的流量来控制干燥温度的稳定。因此使得机组排放掉部分热量,使总能耗增加。我们可以采用相变材料的贮能特性,回收这部分能量,提高热泵干燥机组的节能效果5。并且在需要热量时将贮存的能量释放给干燥空气。经过实验证明,相变材料在热泵干燥机组中的应用大有节能潜力。 6、采用高温工质的热泵干燥机:在热泵干燥机组中使用高温工质6,达到提高除湿机的出口风温的目的。目前有清华大学研制的高温环保工质HTR01,配合R22 压缩机组成热泵循环的高温除湿干燥机15。 7、在热泵干燥机组中采用流化床:目前应用的热泵干燥装置大多使用箱式结构的,干燥室内的传热传质效率低,干燥不均匀、干燥时间长,干燥产品质量受到影响。而在干燥系统中采用热泵流化床7将进一步的发挥热泵低温干燥的优势,并且由于颗粒悬浮于干燥介质中,使得干燥介质与固体接触面积较大,加上物料剧烈搅动,大大的减少了气膜阻力,使得传热传质效率高。 8、采用辅助蒸发器:辅助蒸发器8主要用于快速泵热升温,将干燥室温度快速升高到干燥所需的温度。经试验研究得出:具有辅助蒸发器的热泵干燥机组,不但能够完全实现传统电辅助热泵千系统的升温效果,而且节能高效,且在干燥初期,热泵干燥机组利用辅助蒸发器泵热升温可以明显提高物品的除湿速度。 9、采用辅助冷凝器:采用辅助冷凝器9主要是将冷凝器分为两部分,其中一个作为辅助冷凝器向外界环境放热。这种结构的冷凝器将可以使干燥温度控制灵活方便,通过调节辅助冷凝器的流量来维持干燥温度稳定。由于辅助冷凝器的换热系数较高,只需一般性的换热器。当用辅助冷凝器加热外界空气对物料进行预干,可回收这部分温度较高的冷凝热,节约能源,提高系统效率。 10、使用惰性气体作为干燥工质的热泵干燥机10-11,19-21:主要是利用惰性气体代替一般使用的空气作为干燥介质,比如使用CO2、N2 等。 11、使用穿流式热泵气调干燥机12:该设备主要是改变干燥过程中传统的靠不断吸入新鲜空气来排出高温废气的形式,以定量的气体为载热体和载湿体,在系统内完成传热、传质、脱水和去湿的过程。且配置气调机构,降低定量气体中氧气含量,以物理方法抑制果蔬、食用菌干制过程氧化和酶促褐变。 12、太阳能- 热泵干燥系统13:干燥系统的供热与湿空气的排湿由太阳能加热系统和热泵除湿机二者配合起来完成。二者既可单独使用,也可联合使用。如果天气晴好,气温高,则可单独使用太阳能加热系统;天气不好或夜间,即可由干燥机来承担干燥的供热与除湿任务。 13、贫氧热泵干燥机14:它由热泵源与干燥室组成,其特征是热泵源一端通过管道与干燥室相连,另一端通过管道与循环风机的一端相连,循环风机的另一端通过管道与贫氧发生器的一端相连,贫氧发生器的另一端通过管道与干燥室相连,它是在不改变原有传统热泵系统的前提下,在空气循环回路中置入一个燃烧环节,故可利用燃烧消耗空气中的氧,使氧变成二氧化碳,并可提供热能补充,故结构简单,操作方便。八、结论 热泵干燥机以其节能的特性而被社会广泛应用。我们不断地研究和发展热泵干燥机就是不断地提高其热效率、提高其稳定性、提高其智能化、提高其环保性能,朝着节能减排、产品更经济的方向发展。 参考文献:1 冯英, 陈杨华, 热泵干燥机的现状与应用展望J. 能源研究与管理, 2010, 27(2):53- 552 战剑锋, 李鹏, 陶毓博. 木材太阳能干燥技术的实践与应用J. 林业机械与木工设备, 2004,32 (8):32.3 高广春, 王剑锋, 冯仰浦. 热泵干燥机组性能研究进展J. 食品科学, 1999, 20(5):59- 62.4 李阳春, 王剑锋, 陈光明等. 热泵干燥机系统几种循环的对比分析与研究J. 农业机械学报, 2003, 34(6):84- 86.5 高广春, 王剑锋. 相变贮热在热泵干燥机组中的应用研究J. 太阳能学报, 2001, 22(3):262- 265.6 陈军, 史琳, 张金龙等. 高温除湿干燥机的实验研究J. 工程热物理学报, 2006, 27(3):376- 378.7 杨先亮, 宋蕾娜, 光亚. 热泵干燥系统的热力学分析J农机化研究,2009,31(4) : 200- 2038 张秀君, 高广春. 食品热泵干燥机组干燥初期泵热升温的实验研究J. 食品工业科技, 2005, 26(10):142- 145.9 马一太, 张嘉辉, 吕灿仁. 热泵干燥系统运行特性的有效能研究J. 热科学与技术, 2003, 2(2):95- 100.10Petter Neksa. CO2 heat pump systemsJ. International Journal of Refrigeration,2002,35(25):421- 427.11 M.N.A. Hawlader, Conrad O.Perera, Min Tian.Properties of Modified Atmosphere Heat Pump Dried Foods J .Journal of Food Engineering,2006, 10(74): 92- 401.12 陆蒸. 穿流式热泵气调干燥机J. 机电技术.2005, 28(1):61- 62.13 李海雁, 刘祖明, 太阳能- 热泵木材干燥系统J. 太阳能学报, 2000, 21(1):17.14 侯梦斌. 贫氧热泵干燥机P. 中国专利:CN200520076420.4, 2007- 01- 17.15 张璧光,常建民,高建民,伊松林.新型多功能热泵干燥机的研制J.1999,28(8):118-12016 金苏敏. 用于热泵干燥机的空气回热器.专利,专利号: ZL 95 2 39772.217 金苏敏, 沈绍业. 空气回热的热泵木材干燥.能源研究与利用, 1995, 42 (6): 3518 金苏敏. 尹侠, 董金善. 回热型热泵木材干燥机的分析和研究J. 林业机械与木工设备, 1997, 25(7):4-6.19 M.I. Fadhel,K. Sopian,W.R.W. Daud,M.A. Alghoul. Review on advanced of solar assisted chemical heat pump dryer for agriculture produceJ.Renewable and Sustaniable Energy Reviews,2010,15:1152- 116820 Conrad O.Perera,M.Shafiur RahmanHeat pump dehumidifier drying of food JTrends in Food Science & Technology ,1997,11(8):75-79.21 Kosuke Nagaya,Ying Li,Zhehong Jin,Masahiro Fukumuro,Yoshinori Ando,Atsutoshi AkaishiLow-temperature desiccant-based food drying system airflow and temperature controlJ Journal of Food Engineering,2006,75(1):71- 7722 金苏敏, 沈绍业. 热泵木材干燥机的发展与应用J. 林业机械与木工设备, 1996, 24(6):22- 2422 郑爱平. 空气调节工程, 第二版M. 北京:科学出版社, 200824 陈坤杰, 李娟玲等. 热泵干燥技术的应用现状与展望J. 农业机械报,2000,31(3):109- 111.25 潘永康. 现代干燥技术M. 北京: 化学工业出版社, 1998.26 余克明, 王崎. 热泵干燥技术的发展及其应用的前景J. 能源技术, 2000,25(1) : 36- 37.27 冷红云, 赵亮. 浅谈热泵技术在干燥领域中的应用A. 科技信息C. 中国学术期刊电子出版社, 2011,28(12):99.28 戴晋同, 陈立和, 刘曦, 张华谷. 热泵自然干燥J. 化学工程与装备, 2011,40(7):157- 16029 曾宪阳, 马一太, 李敏霞. 二氧化碳热泵干燥技术J. 中国农机化, 2005, 49(3): 44-4830 杨先亮. 热泵干燥系统的理论分析与实验研究D. 北京:华北电力大学(河北), 2007. 1-8 毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段(途径):课题内容本毕业设计课题结合产品开发,要求有一定的工程能力,选题合理,工作量饱满,机械制图要求比较高。通过本课题的设计可以综合大学4年所学知识的运用能力,特别是工程热力学、传热学、流体力学、制冷、热泵技术及相关专业课程的知识应用,同时有要有一定创新能力。本毕业设计资料比较欠缺,所设计要求学生进行设计计算、总装图和零部件图纸的设计,通过本毕业课题的设计有利于学生工作尽快适应工作岗位的要求设计。 原始参数冷凝温度:60 干燥温度5 进气温度55相对湿度:70%压缩机功率:2HP 制冷剂:R22主要设计内容 热泵干燥机的设计主要是单级压缩热泵循环中蒸发器和冷凝器的设计: 1、查阅资料,要求查阅相关资料,中文文献25篇以上,英文文献5篇以上,了解冷除湿机工作原理,写文献综述,并作开题报告; 2、环境工况及需求分析; 根据蒸发温度、冷凝温度和R22的压焓图可以求出制冷剂各点的状态参数,然后求出单位制冷量,单位理论功等一系列值 3、热泵循环热力计算: 根据压缩机功率我们可以算出冷量循环,包括压缩机选型,冷、热负荷计算,风量分配等,然后根据给定条件可以查出空气循环中各点空气状态并进行除湿量的计算; 4、蒸发器、冷凝器的设计计算; 主要是对蒸发器和冷凝器进行换热面积的计算,先确定它们的结构,控制迎面速度,然后根据自己的情况进行管道和翅片的设计并进行校核。 5、图纸设计,重点在总图和各换热器的设计图纸上。 设计部分:2HP热泵干燥机的设计 内容:1、零部件图纸(折1#图纸6张以上) 2、完成干燥机的设计说明书; 3、完成干燥机的设计; 系统流程图如下: 1-压缩机 2-冷凝器 3-过滤器 4-毛细管 5-蒸发器6-风机 毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告指导教师意见:1对“文献综述”的评语:2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计(论文)结果的预测: 指导教师: 年 月 日所在专业审查意见: 负责人: 年 月 日10
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