太陽能干燥器設計

./太陽能干燥用空氣集熱器設計摘要：我國是一個農業(yè)大國,干燥作業(yè)是農副產品加工過程中一個必要的環(huán)節(jié),而且耗能巨大。長期以來大多數(shù)農副產品仍然采用原始的攤曬方法進行干燥。這種自然攤曬的方法,干燥周期長,易受蟲蟻、蒼蠅、煙塵污染和雨水侵襲,影響產品質量或造成霉爛變質。我國各地太陽能資源豐富,所以設計并且利用太陽能空氣集熱器為當務之急,它對于提高我國農業(yè)生產水平,提高農民的科技應用意識和素質,節(jié)省能源和保護環(huán)境具有十分深遠的意義。關鍵詞：干燥;太陽能;平板型集熱器;有限元分析SolardryingwithaircollectordesignABSTRACT:Ourcountryisalargeagriculturalnation,dryhomeworkisagriculturalandsidelineproductsprocessingprocessanecessarylink,andenergydissipationgreat.Long-termsincemostagriculturalandsidelineproductsstillusingtheoriginalamortizemethodfordrysun.Thisnaturalboothsunmethod,dryingcycleislong,vulnerabletobugant,flies,dustpollutionandrainwatertoinvade,affectproductqualityorcausemildewmetamorphism.Ourcountrysolarisrichinresources,sodesignandusesolarenergyaircollectorforpreoccupations.Toimprovethelevelofagriculturalproductionandimprovingfarmers'technologyapplicationconsciousnessandquality,saveenergyandprotecttheenvironmentisverymeaningful.KEYWORDS:Dry;Solar;Plate-typecollector;Finiteelementanalysis目錄1前言11.1本次畢業(yè)設計課題的目的、意義11.2太陽能干燥技術簡介12太陽能空氣集熱器的預備知識22.1太陽能知識22.2太陽能干燥技術及設備的引入32.3太陽能干燥技術利用現(xiàn)狀3溫室型太陽能干燥器4集熱器型太陽能干燥器5集熱器-溫室型太陽能干燥器5整體式太陽能干燥器5聚光型太陽能干燥器52.4集熱器型太陽能干燥系統(tǒng)52.5太陽能空氣集熱器與研究72.6太陽能空氣集熱器測試標準方法92.7太陽能干燥的展望9綜合利用太陽能干燥系統(tǒng)9加強混合型太陽能干燥的開發(fā)研究和推廣工作10發(fā)展小型多樣化的太陽能干燥裝置10研制出高效率、低成本的空氣集熱器102.8ANSYS在工程中的使用103平板型空氣集熱器的結構設計123.1集熱器的結構123.2集熱器方向的配置133.3集熱器的傾角的確定[6]133.4集熱器材料的選擇143.5空氣集熱器的結構163.6我的設計的solidworks裝配圖及零件圖184空氣集熱器的集熱性能分析224.1熱載體空氣的相關參數(shù)及集熱器的相關數(shù)據(jù)224.2ANSYS有限元分析流程圖224.3用有限元的分析軟件ANSYS來分析集熱性能23建模、23網格的劃分25負載及約束26分析275結論30參考文獻31致謝32外文文獻33.1前言1.1本次畢業(yè)設計課題的目的、意義畢業(yè)設計是培養(yǎng)學生綜合運用本學科的基本理論、專業(yè)知識和基本技能,提高分析與解決實際問題的能力,完成工程師的基本訓練和初步培養(yǎng)從事科學研究工作的重要環(huán)節(jié)。畢業(yè)設計也是完成教學計劃達到專業(yè)培養(yǎng)目標的一個重要的教學環(huán)節(jié)；學生通過畢業(yè)設計,綜合性地運用幾年內所學知識去分析、解決一個問題,在畢業(yè)論文的過程中,所學知識得到疏理和運用,它既是一次檢閱,又是一次鍛煉。使學生的實踐動手、動筆能力得到鍛煉,增強了即將跨入社會去競爭,去創(chuàng)造的自信心。畢業(yè)設計以下具有目的：<1>通過閱讀有關資料對當前計算機軟、硬件技術的發(fā)展有進一步的了解。<2>融匯、貫通幾年里所學習的專業(yè)基礎知識和專業(yè)理論知識。<3>綜合運用所學專業(yè)理論知識和技能提高獨立分析問題和解決實際問題的能力。<4>培養(yǎng)和提高與設計群體合作、相互配合的工作能力。1.2太陽能干燥技術簡介人們很早就開始利用太陽能進行干燥。將收劑好的農作物置于太陽下曝曬脫水干燥或是采用煤、木炭等在室內烘制以便長期保存,是人類利用太陽能歷史最悠久、應用最廣泛的技術。自從人類學會狩獵、耕種、養(yǎng)殖以來,就學會了利用太陽能把食品、農副產品干燥加工,保存起來。這種直接的攤曬、晾曬的干燥方法一直延續(xù)了幾千年。但這種傳統(tǒng)的農作物干燥法存在著較多的問題和不足。這種傳統(tǒng)的方法干燥效率低、周期長、占地面積大,易受風沙、天氣的影響,也容易受灰塵、蒼蠅、蟲蟻的污染,影響食品和農產品的質量,造成損失。所以為了高效的利用太陽能干燥技術,設計一種設備來收集太陽能并且用來干燥是必要的,太陽能空氣集熱器是一種利用太陽能把空氣加熱升溫的裝置,把熱風送入裝有物料的干燥室,就組成了集熱器型干燥器?？諝饧療崞魇翘柲芨稍锕に囍凶畛Ｓ玫年P鍵的部件,太陽能空氣集熱器產生的熱風也可以用作采暖用途,因此,應當作全面的理論分析和實用性研究。2太陽能空氣集熱器的預備知識2.1太陽能知識太陽是離我們最近的一顆恒星。它是一個熾熱的氣體球體,表面溫度在6000度左右,中心溫度,根據(jù)理論推算可達4000萬度。太陽內部高溫核聚變反應所釋放的輻射能。太陽不斷的以光線的形式向廣漠的宇宙空間輻射出巨大的能量。這種輻射能叫做太陽能。太陽向宇宙空間發(fā)射的輻射功率位3.8×1023kW的輻射值,其中20億分之一到達地球大氣層。到達地球大氣層的太陽能,30%被大氣層反射,23%被大氣層吸收,其余的到達地球表面,其功率為8×1013kW。太陽輻射能穿越大氣層,因受到吸收、散射及反射的作用,故未被吸收或散射而能夠直達地表的太陽輻射能稱為「直接」輻射能；而被散射的輻射能,則稱為「漫射」輻射能,地表上各點的總太陽輻射能即為直接和漫射輻射能二者的總和[1]。20世紀以來,隨著社會經濟的發(fā)展和人民生活水平的提高,對能源的需求量不斷增長?；茉促Y源的有限性,以及他們在燃燒過程中對全球氣候和環(huán)境所產生的影響日益為人們所關注。從資源、環(huán)境、社會發(fā)展的需求看,開發(fā)和利用新能源和可再生能源是必然的趨勢。在新能源和可再生能源家族中,太陽能成為最引人注目,開展研究工作最多,應用最廣的成員[2]。我國的太陽能資源豐富,全國有2/3以上地區(qū)總輻射量,年日照時數(shù)達2000h以上,年平均輻射量超過604KJ/cm2,各地年輻射大致在930~2330KJh/m2z之間。特別是青藏高原中南部地區(qū),年平均達670~849萬KJ/m2.我國西部地區(qū)的太陽能也十分豐富。XX地區(qū)年總輻射達1422188千卡/米2。由于太陽能是一種清潔的環(huán)保,取之不盡用之不竭的能源,如果能很好的加以利用那么對我國的傳統(tǒng)能源將是很好的保護。我們的祖先很早以前就會運用太陽能了。太陽能即是一次能源又是可再生能源。它既可免費使用又無需運輸對環(huán)境無任何污染。但太陽能有兩個主要缺點[3]：一是能量非常分散,能流密度低,因此太陽能的利用裝置必須具有相當大的面積,才能采集到足夠的功率。但是,面積大,造價就會增高。只有當能量裝置的表面的單位造價相當便宜時,才能經濟合算的使用。隨著科技的發(fā)展太陽能設備采用廉價的材料和標準部件以及在提高利用效率的同時,成批太陽能利用器,成本就會顯著降低。二是強度受各種因素〔季節(jié),地點,氣候等的影響,不能維持常量。因此必需有貯能裝置,這就增加了造價和技術難度。這兩大缺點大大的限制了太陽能的有效利用。解決這類問題還需時間,因此短期內太陽能還不能大規(guī)模的加以利用,但作為一種輔助能源,在實踐中已收到一定效果。從長遠來看,隨著對能源的需要不斷增加,礦物資源的局限,隨著人們對污染問題的日益關注,以及科學技術的不斷發(fā)展,太陽能在今后的能源比例中會有越來越重要的。2.2太陽能干燥技術及設備的引入干燥作業(yè)涉及國民經濟的廣泛領域,同時也是我國的耗能大戶之一,所用能源占國民經濟總能耗的12%左右。有的行業(yè)如木材干燥的能耗,約占企業(yè)總能耗的40％－70％。另外,干燥過程造成的污染又常常是我國環(huán)境污染的重要來源,因此干燥技術的節(jié)能與環(huán)保問題十分重要。太陽能是清潔、廉價的可再生能源,取之不盡用之不竭。每年到達地球表面的太陽能輻射能約為目前全世界所消耗的各種能量的1萬多倍。我國有較豐富的太陽能資源,約有2/3的國土年輻射時間超過2200小時,年輻射總量超過5000MJ/m2。全年照射到我國廣大面積的太陽能相當于目前全年的煤、石油、天然氣和各種柴草等全部常規(guī)能源所提供能量的2000多倍。全國各地太陽年輻射總量為3340～8400MJ／m2,中值為5852MJ／m2。從我國太陽年輻射總量的分布來看,XX、XX、新疆、XX南部、XX、XX南部、XX北部、XX北部、XX、XX東南部、XX東南部、XX東南部、XX西部、XX中部和西南部、XX東南部、XX東南部、XX島東部和西部以及XX省的西南部等廣大地區(qū)的太陽輻射總量很大,尤其是青藏高原地區(qū)最大。全國以XX和XX兩省及XX市的太陽年輻射總量最小,尤其是XX盆地最低。太陽能干燥比較適于農副產品的干燥,一般溫度在60℃以下,不會破壞食品的營養(yǎng)價值,木材采用太陽能預干不僅節(jié)能,還可以防止因為干燥溫度過高,而使木材開裂、變形。太陽能是現(xiàn)階段一種主要的減緩能源危機和解決環(huán)境問題的新能源。人們很早就開始利用太陽能進行干燥。將收劑好的農作物置于太陽下曝曬脫水干燥或是采用煤、木炭等在室內烘制以便長期保存,是我國農村長期沿用的干燥法。但這種傳統(tǒng)的農作物干燥法存在著較多的問題和不足。首先,采用這種傳統(tǒng)的干燥法進行干燥的農作物易受灰塵、蚊蟲等的污染及陣雨淋濕,且容易導致其含硫、含磷量偏高,較難通過國家綠色食品認證。其次,干燥時間過長,無法滿足農作物工業(yè)化加工的需要。再次,干燥過程完全憑借個人經驗,由于外界環(huán)境波動較大,造成農作物的營養(yǎng)成分大量流失,嚴重影響干燥品質。所以研制出太陽能干燥谷物、果品、中學藥等專門的干燥設備符合當前的趨勢。但總體來說,由于我國太陽能干燥技術的研究及推廣的歷史不長,太陽能集熱器及干燥設備等相關產品還存在著熱損失系數(shù)大、穩(wěn)定性差、可生產性不強、干燥物料單一等缺陷。所以這一設計主要是通過數(shù)據(jù)分析,驗證設計是否能夠達到干燥目的。2.3太陽能干燥技術利用現(xiàn)狀到現(xiàn)在人類利用太陽能歷史最悠久、應用最廣泛的應屬太陽能干燥。自從人類學會狩獵、耕種、養(yǎng)殖以來,就學會了利用太陽能把食品、農副產品干燥加工,保存起來。這種直接的攤曬、晾曬的干燥方法一直延續(xù)了幾千年。直到現(xiàn)在,可算是被動式的太陽能干燥應用。這種傳統(tǒng)的方法干燥效率低、周期長、占地面積大,易受風沙、天氣的影響,也容易受灰塵、蒼蠅、蟲蟻的污染,影響食品和農產品的質量,造成損失。太陽能的利用主要有以下三種類型[4]：光化學轉換類型光電轉換類型光熱轉換類型這三種轉換今天都在不同程度和不同規(guī)模上已經實現(xiàn)。例如屬于光化學轉換的光合作用,目前人工培植的各種澡類可以比自然條件下生長時增產幾十倍。屬于光電轉換的太陽電池,是目前人造衛(wèi)星的主要動力來源,也是地面上許多場合不可缺少的特殊電源——如航標電源等。當前利用太陽能最成功的方式,要算光熱轉換類型了。我國古代的陽燧取火就屬此例。還有太陽能熱水器,太陽灶,用蒸餾器制取淡水,干燥農產品制冰,制冷,取暖,用太陽爐冶煉高溫材料,太陽能熱動力發(fā)電等等。隨著科學技術的發(fā)展,太陽能新的用途還在不斷出現(xiàn)。隨著太陽能熱利用事業(yè)的深入發(fā)展,太陽能干燥器越來越廣泛地應用于工農業(yè)生產。太陽能干燥通過太陽能集熱器把空氣加熱由熱空氣排除產品中的水分,從而避免了太陽直接曝曬的缺點。截止到目前,國外已建成集熱面積超過500平方米的大型太陽能干燥器7座,其中美國4座、印度2座、阿根廷1座；我國各地發(fā)展的太陽能干燥和除濕裝置150多個,總采光面積超過1.2萬平方米,被干燥的物料品種很多,有工藝美術陶瓷、果脯、蔬菜、肉制品、魚類、中藥材、谷物、木材等。若按物料接受太陽能的方式,可分為直接受熱式和間接受熱式兩大類,或稱為輻射式和對流式,我國習慣上稱它們?yōu)闇厥倚秃图療崞餍吞柲芨稍锲?。它們結合在一起,即帶集熱器的溫室型干燥器,稱之為混合式干燥器。按空氣流動的動力不同,太陽能干燥器可分為主動式和被動式兩大類。另外,還有聚光型干燥器。國內整體式太陽能干燥器約占總干燥面積的1/3,它是將太陽能空氣集熱器與物料干燥室二者合并在一起,成為一個整體,干燥室本身是集熱器,它兼顧了溫室型和集熱器型的優(yōu)點。我國各地試驗的各種太陽能干燥裝置有多種形式,大體上可分為：溫室型、集熱器型、集熱器與溫室結合型、整體式和拋物面聚光型等。溫室型太陽能干燥器溫室型干燥器的結構與栽培農作物的溫室相似,溫室即為干燥室,待干物料置于溫室內,直接吸收太陽輻射,溫室內的空氣被加熱升溫,物料脫去水分,達到干燥的目的。溫室型干燥器一般都設有排風裝置,排去含濕量大的空氣,加快物料的干燥周期。由于這種干燥器結構簡單,造價低廉,在XX、XX、北京、XX等地的農村很快發(fā)展起來。尤其在XX省,建成了10多座這種類型的干燥器,面積超過1000m2,用于干燥紅棗、黃花菜、棉花等。集熱器型太陽能干燥器集熱器型干燥器是太陽能空氣集熱器與干燥室組合而成的干燥裝置,這種干燥器利用集熱器把空氣加熱到60-70℃,然后通入干燥室,物料在干燥室內實現(xiàn)對流熱質交換過程,達到干燥的目的。

干燥器一般設計為主動式,用風機鼓風以增強對流換熱效果。這種干燥器有以下一些優(yōu)點：

<1>可以根據(jù)物料的干燥特性調節(jié)熱風的溫度；

<2>物料在干燥室內分層放置,單位面積能容納的物料多；

<3>強化對流換熱,干燥效果更好；

<4>適合不能受陽光直接曝曬的物料干燥,如鹿茸、啤酒花、切片黃芪、木材、橡膠等。

在我國各地,利用集熱器型太陽能干燥裝置,分別對谷物、煙草、掛面、橡膠、中藥材等進行了干燥的試驗和應用。集熱器-溫室型太陽能干燥器溫室型太陽能干燥器結構簡單、效率較高,缺點是溫升較小,在干燥含水率高的物料時<如蔬菜、水果等>,溫室型干燥器所獲得的能量不足以在較短的時間內使物料干燥至安全含水率以下。為增加能量以保證被干物料的干燥質量,在溫室外增加一部分集熱器,就組成了集熱器-溫室型太陽能干燥裝置。物料一方面直接吸收透過玻璃蓋層的太陽輻射,另一方面又受到來自空氣集熱器的熱風沖刷,以輻射和對流換熱方式加熱物料,適用于干燥那些含水率較高、要求干燥溫度較高的物料。整體式太陽能干燥器整體式太陽能干燥器將太陽能空氣集熱器與干燥室兩者合并在一起成為一個整體。裝有物料的料盤排列在干燥室內,物料直接吸收太陽輻射能,起吸熱板的作用,空氣則由于溫室效應而被加熱。干燥室內安裝軸流風機,使空氣在兩列干燥室中不斷循環(huán),并上下穿透物料層,使物料表面增加與熱空氣接觸的機會。在整體式太陽能干燥器內,輻射換熱與對流換熱同時起作用,干燥過程得以強化。吸收了水分的濕空氣從排氣管排出,通過控制閥門,還可以使部分熱空氣隨進氣口補充的新鮮空氣回流,再次進入干燥室減少排氣熱損失。聚光型太陽能干燥器聚光型太陽能干燥裝置的集熱系統(tǒng),一般由柱狀拋物面聚焦集熱器組成,這是一種中溫型太陽能干燥裝置。在印度和緬甸,聚光型太陽能干燥裝置用于濃縮棕櫚汁；在前蘇聯(lián)用于輻照稻谷和棉花籽。我國也有聚光型太陽能糧食干燥的報道,但這種干燥裝置結構復雜,造價高。2.4集熱器型太陽能干燥系統(tǒng)集熱器型干燥系統(tǒng),將集熱器與干燥寶分開。集熱器可以把空氣加熱到較高的溫度。干燥速度比溫室型的高,而單獨的干燥寶,又可以加強保溫和不使物料直接陽光曝曬。因此集熱器型干燥系統(tǒng)可以在更大的范圍內滿足不同物料的干燥工藝要求。集熱器多系用平板型空氣集熱器,作干燥系統(tǒng)的集熱器。提高空氣流速,強化傳熱,以降低吸熱板的溫度,是提高集熱器效率的重要途徑,但是在集熱器的結構和聯(lián)接方式上,應同時注意降低空氣的流動阻力,以減少動力消消耗。為了彌補日照的間歇性和不穩(wěn)定性等缺陷,大型干燥系統(tǒng)常袋沒蓄熱設備,以提高太陽能利用的程度,并用常規(guī)能源作為輔助供熱設備,以保證物料得以連續(xù)地進行干燥。為一大型谷物干燥系統(tǒng)的示意圖,該系統(tǒng)由空氣集熱器,干燥室,熱交換器和輔助加熱器五部分組成,該系統(tǒng)的面積為1885m2的單層玻璃蓋板空氣集熱器,以供應干燥室的熱空氣。另有面積為350m2的空氣集熱器,供應卵石蓄熱器。為了回收廢氣溫的熱量,設置了一個回轉式再生預熱器,以利用廢氣予熱進簇系統(tǒng)的新鮮空氣。再生預熱器位于風杭的入口側,新鮮空氣由21℃預熱到43℃,再送入空氣集熱器中加熱至66℃,然后再進入干燥室。由于干燥室出來的廢氣溫度為49℃,放熱給再生預熱器后,略高于環(huán)境的溫度排出系統(tǒng),與此同時,蓄熱器由350m2的空氣集熱器加熱,使畜熱器內的河卵石溫度最后達到66℃。這個系統(tǒng)的典型工程狀是：從上午9時到下午4時,由1885m2的太陽能空氣集熱器向干燥室供熱。下午4時到午夜12時,由蓄熱器向干燥寶供熱,蓄熱器供熱維持66℃到第二天2時半,蓄熱器的溫度將下降到50℃左右,則使用輔助熱源〔燃油爐繼續(xù)加熱到上午9時,因此,干燥室每天由太陽能供熱量達17.5小時即占70%。在此系統(tǒng)中,再生預熱器,利用廢氣溫保證了空氣所需全部加熱升溫的5%,大大減輕了空氣集熱器的加熱升溫負荷。因此,在太陽能干燥系統(tǒng)中,研究熱器回收利用是很有意義的由于廢氣的相對濕度不是太高,一些干燥系統(tǒng)采用部分廢氣〔例如用30-50%回流,與熱空氣混合使用,以回收廢熱。溫室熱太陽能干燥系統(tǒng)這是由太陽能空氣集熱器和溫室組合而成的一種干燥系統(tǒng)。它的干燥室就是具有透明蓋層的溫室。用空氣集熱器加熱的空氣來增強溫室的干燥過程。為渡口市的一座干燥中成藥的集熱器,溫室型的太陽能干燥系統(tǒng)?？諝饧療崞髋c地面成30度傾角〔即當?shù)氐牡乩砭暥?四周用角鋼作骨架,底面和側面用兩層鋼板焊接,蓋板為普通玻璃,集熱器內放三層涂以里涂料的鋼絲網,和少量的鐵屑做為吸熱體。溫室為一豎直的長方形容器,置于集熱器后上部,與集熱器聯(lián)接,四周用角鋼作骨架,頂層和南部用雙層玻璃覆蓋,其余各面的鋼板之間填充玻璃棉保溫〔現(xiàn)在用聚苯板更好些,室內放置四層料盤,溫室內壁涂黑涂料上部排風口,通過控制閥排出濕空氣。工作時將待干燥的物料放置在料盤上,一方面直接吸收,透過溫室玻璃射入的太陽輻射,在升溫的同時,水分不斷汽化；另一方面,經太陽能空氣集熱器加熱后的熱空氣,從溫室底部進入后,穿透料層,使物料與溫室的溫度得到進一步提高,加快了物料內部水分向表層擴散汽化,同時加快了溫室內空氣流動的速度,增強排溫能力,總之,強化了干燥過程。渡口制藥廠,過去用蒸汽干燥中成藥,每干燥100kg,要消耗標準煤152kg,而利用太陽能干燥中藥材,3m3的干燥容積,在較好的天氣,一次可干燥濕藥丸31kg,節(jié)約標準煤47kg。常規(guī)干燥時,一個周期12小時,利用太陽能干燥僅用7.5小時,太陽能干燥的中成藥符合國家衛(wèi)生標準,同時還減少了環(huán)境污染。另外XX的"唐三彩"泥胎干燥系統(tǒng),也是采用的這種系統(tǒng),它由151m2太陽能空氣集熱器和72m2輕質保溫烘干房組成,通過雙回路操作系統(tǒng)的控制和泥胎自身的蓄熱能力,可以實現(xiàn)開路,閉路或廢氣部分回收等方式的晝夜連續(xù)操作,太陽能保證率達83%。此種系統(tǒng)的特點：1、空氣熱量在干燥過程中利用比較充分,因此干燥效率比較高。2、廢氣回收,使工質空氣溫含量增加的同時,空氣循環(huán)量增加,較高的氣流速度,不但可以補償由于干燥推動力減少即造成的干燥過程速度下降,而且使干燥物料的質量得以保證。3、必須依靠動力設備才能保證廢氣回收的正常進行。4、這種干燥系統(tǒng)可使干燥作業(yè)在空氣相對溫度范圍變化不大情況下進行,而且干燥過程氣溫變化不大,干燥速度比較均勻,因此特別適合即些只能在濕空氣下進行干燥的作業(yè),如農產品、食品、橡膠、皮革的干燥等。2.5太陽能空氣集熱器與研究太陽能空氣集熱器是一種利用太陽能把空氣加熱升溫的裝置,把熱風送入裝有物料的干燥室,就組成了集熱器型干燥器?？諝饧療崞魇翘柲芨稍锕に囍凶畛Ｓ玫年P鍵的部件,太陽能空氣集熱器產生的熱風也可以用作采暖用途,因此,應當作全面的理論分析和實用性研究。"太陽能空氣集熱器的研究"也列為"七五"科技攻關項目的課題。清華大學、天津大學、華中理工大學、中國科技大學、中國科學院XX能源研究所、北京市太陽能研究所、上海市能源研究所單位對太陽能空氣集熱器進行了大量的研究工作。主要是研究各種新型的太陽能空氣集熱器,集熱器的傳熱分析和計算模型,以及太陽能空氣集熱器定型設計、實現(xiàn)商品化和小批量生產。清華大學完成了射流。抽吸式和波紋-抽吸式兩種新型空氣集熱器的研究,他們工作做得很細致,通過流型試驗,發(fā)現(xiàn)波紋流道的波谷中仍存在旋渦死區(qū),不利于強化傳熱。因此提出了在波谷加上抽吸縫的波紛抽"吸式空氣集熱器。通過測定吸熱板上的溫度分布和流體進出口溫度,得到射流段和抽吸段的傳熱與流阻計算公式。利用這些公式便可算出空氣集熱器的全部性能數(shù)據(jù)。為了驗證這些數(shù)據(jù)又進行了空氣集熱器室外試驗,進一步證實上述兩種空氣集熱器的熱工性能十分優(yōu)異,并申請了專利。天津大學提出既可以加熱水,又可以加熱空氣,或同時能加熱水和空氣的兩用太陽能集熱器。這種集熱器的集熱板由吸熱管和V型槽吸熱板組成,吸熱管置于V型板的頂部,水在管內流動,V型槽與底部組成的三角形通道為空氣流道。他們以這種集熱器進行了傳熱分析和實驗研究,得出了不同運行狀態(tài)下的瞬時效率公式,并提出雙工質運行較單工質運行有利的結論。此外,天津大學還對拉網床太陽能空氣集熱器進行了較全：面的分析和實驗研究,并提出了采用單層蓋板和雙層蓋板分別適用的范圍。華中理工大學對空氣集熱器進行了比較系統(tǒng)的理論分析,并建立了試驗臺架進行實驗研究。分析研究了：四種集熱板結構形式與不同的流道形式〔單流道、復流道、多流道,其流動阻力和傳熱性能,建立了平板型太陽能空氣集熱器的理論計算模型。理論計算與實驗數(shù)據(jù)取得了比較好的一致性。研究結果認為,以增大空氣流量來提高集熱器效率的方法是不可取的,由此會降低空氣出口溫度和增加風機功耗,應當采取強化傳熱和增加傳熱面積的措施,如加裝肋片或采用波紋集熱板的方法,他們還針對肋片式和帶肋片的V型板集熱器,建立了二維動態(tài)模型。中國科技大學完成了效率較高的波紋形多孔吸熱體太陽能空氣集熱器研究。此外,XX新技術應用研究所與澳大利亞沃倫港大學機械系合作,對點播式太陽能空氣集熱器的傳熱與阻力特性進行了較深入的研究,可作為點播式空氣集熱器性能預測及優(yōu)化設計參考。北京市太陽能研究所經過幾年的努力,完成了拼裝式空氣集熱器商品化的攻關任務,小批量生產了175個單元,空氣集熱器面積達210m2,并設計了三種標準陣列太陽能空氣集熱器,先后應用于長城催化廠的泥胚干燥以及北京林業(yè)大學的木材干燥。生產空氣集熱器的沖壓模具全套配齊,形成了批量生產的能力。XX能源所對V形波紋板空氣集熱器的熱工性能及其優(yōu)化結構參數(shù)進行了研究,做出佯機并為天津肉聯(lián)廠生產了110m2空氣集熱器。此外還研制了交錯波紋板式和單層擴展表面多孔板式空氣集熱器。上海市能源所研制了梯形交錯波紋板式空氣集熱器,并完成了200m2太陽能空氣集熱器陣列的設計。這幾個單位都致力于太陽能空氣集熱器定型設計、實現(xiàn)商品化和小批量生產。太陽能集熱器是太陽能利用中的關鍵部分。是把太陽輻射轉換為熱能的設備。其性能對整個系統(tǒng)的成敗起著決定性的作用。到目前發(fā)表設計了許多種集熱器。按是否聚光分為平板型和聚光型。平板型是應用最廣的集熱器。它吸收太陽輻射的面積與采集太陽輻射的面積相等,能利用直射和漫射輻射。此種集熱器的結構簡單,不需要太陽能跟蹤裝置,故障少,維護管理方便。如果選用合適的材料,制造工藝又比較先進,那么與其他類型的集熱器相比就具有造價低和性能可靠的優(yōu)點?，F(xiàn)在廣泛用于太陽能熱水系統(tǒng),在采暖,空調方面。聚焦型集熱器利用光學系統(tǒng)〔反射器或折射器改變光束的方向,是入射輻射聚焦到吸收面上,以提高能流密度。對于給定的總能量表面能流的提高也就意味著吸收表面積的減少,相應的減少了熱損失。因此與平板集熱器相比容易提高集熱器的供熱溫度。但是因為聚焦型集熱器一般不能收集占太陽總入射20%~40%的漫射輻射,而且大多需要安裝跟蹤太陽的裝置。由于聚光系統(tǒng)的復雜,且需要考慮系統(tǒng)的長期性防塵,抗氧化,大氣腐蝕等,維護不易,而且要保持光學系統(tǒng)的精確度。雖然他在許多太陽能應用項目中不可缺少,特別是他的高溫特性,并不是平板集熱器所能代替的。其利用主要是太陽灶。綜上所述由于XX的地域寬廣,而且受到經濟條件的限制,我采用平板型的太陽能空氣集熱器的設計構思。2.6太陽能空氣集熱器測試標準方法太陽能空氣集熱器是太陽能干燥和主動式太陽房用于收集太陽能的主要關鍵部件,世界各國都有進行太陽能空氣集熱器熱性能試驗標準的研究。1986年農業(yè)部把本項試驗標準方法的研究和制定列為"七五"國家重點科技攻關項目。在全國不同地區(qū)建成了五個太陽能空氣集熱器試驗臺,裝配有太陽輻射儀、流量計、測溫儀表等儀器設備。由中國科學院XX能源研究所、天津大學、上海機械學院、中國科學技術大學、上海市能源研究所和清華大學6個單位負責起草"太陽能空氣集熱器熱性能試驗方法",并于1990年完成,1991年由中國太陽能學會熱利用專業(yè)委員會發(fā)往我國有關單位試行。本試驗方法是一份制定國家標準的草案,它全面地科學地規(guī)定了太陽能空氣集熱器的熱性能試驗方法,對試驗裝置、試驗條件、試驗程序以及數(shù)據(jù)處理作出了科學的規(guī)定,對太陽輻射、空氣溫度和流量、進出口壓差、風速和太陽入射角的測試方法、測試儀表和測試精度等均提出了明確的要求。這就使我國有了統(tǒng)一的測試標準來對空氣集熱器進行試驗、評價和鑒定,這對于太陽能空氣集熱器的研究、商品化生產以及熱性能的改進均具有很大的指導意義。熱效率固然是衡量太陽能空氣集熱器性能的一個重要的熱性能指標,但它僅僅表明集熱器獲得的能量與集熱器平面上的輻射能量之比,沒有反映熱能的可利用率是多少。因此,華中理工大學還引用傭效率的概念對集熱器性能進行了研究,分析集熱器進口溫度和流量對擁效率的影響,并得出全天最大傭效率的計算公式。他們還提出一個較為全面、合理的綜合指標——能效率去評價集熱器性能。能效率是指收集到的熱能與消耗的機械功〔泵耗之差占達到集熱面上輻射能的份額,即能量的凈收益。指出在流量60一100kg/m2h及流道高度2一3cm的范圍內,能效率較佳。以能效率為基準,比較了四種回流式空氣集熱器性能,研究了回流式空氣集熱器結構參數(shù)對能效率的影響,給出了流道高度的部分優(yōu)化結果和各種回流式空氣集熱器所適用的條件。2.7太陽能干燥的展望太陽能干燥技術的發(fā)展取決于常規(guī)能源的供應情況及其價格、獲得太陽能的成本和太陽能干燥技術的成熟程度。我國幅員遼闊,太陽能資源豐富,而農村的燃料缺乏,城市的能源也很緊張。如果能開發(fā)研究出經濟而有效的太陽能干燥系統(tǒng),不容易被人們接受的。但是就目前的太陽能干燥的研究和利用情況還有待完善。綜合利用太陽能干燥系統(tǒng)目前的太陽能干燥裝置多用于農產品的干燥,季節(jié)性很強。如果只用于一種產品的干燥,干燥裝置的利用率就很低。因此要研制一種可以多種物料的干燥要求,就可以常年使用了。集熱器型的不干燥時可以做房舍的采暖,加熱水等。溫室型的可以用來育苗,蘑菇床,畜棚,倉庫等。加強混合型太陽能干燥的開發(fā)研究和推廣工作發(fā)展太陽能利用技術是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內容之一。我國21世紀能源會議上代表們提議：一是通過太陽能建筑技術和必要的政策使已經具有經濟效益的的太陽能熱利用技術成為廣大民眾住宅的必要組成部分,開拓太陽能利用市場：二是制訂扶持鼓勵政策,加大投資力度,從技術創(chuàng)新,發(fā)展產業(yè)和培養(yǎng)市場等方面做出努力,在發(fā)展光熱的同時要扶植光電技術的研究,爭取太陽能技術的研究和開發(fā)取得新技術。太陽能干燥在大規(guī)模的干燥過程中很少用,主要是干燥的穩(wěn)定性和連續(xù)性有許多問題。若可以解決穩(wěn)定性和連續(xù)性,則干燥技術在大規(guī)模的工業(yè)產品干燥中將有廣闊的前景。因此要加強加強混合型太陽能干燥的開發(fā)研究和推廣工作。發(fā)展小型多樣化的太陽能干燥裝置為了適應我國農村面積大,需要干燥的產品種類多。干燥的產品從農產品到木材,橡膠,泥坯等等很多東西。應該開發(fā)出小型多樣化的,成本低的太陽能干燥設備。研制出高效率、低成本的空氣集熱器因為是關鍵部件,結合我國的實際情況,就地取材,為廣大的使用者考慮,研制高效的集熱器對經濟的發(fā)展有很大的幫助。2.8ANSYS在工程中的使用優(yōu)化設計一直是工程界較為關注的領域。隨著計算機迅猛的發(fā)展。帶動了優(yōu)化設計的發(fā)展。美國ANSYS公司研制了大型通用有限元分析〔FEA軟件。ANSYS是世界范圍內增長最快的CAE軟件。在結構優(yōu)化設計中,有限元方法是重要方法之一。有限元方法是當前工程技術領域中最常用的最有效的數(shù)值計算方法。其基本思想就是將結構離散化,用有限個單元來表示復雜的對象。單元之間通過節(jié)點相互連接然后根據(jù)邊界條件綜合求解。由于分片近似,可采用較簡單的函數(shù)做近似函數(shù),有較好的靈活性,適用性和通用性。應用有限元方法進行優(yōu)化設計可以通過自行編制有限元程序或采用有限元分析軟件來進行。ANSYS是融結構,流體,電場,磁場,聲場分析于一體,以有限元分析為基礎的大型通用CEA軟件,以廣泛應用于機械制造,石油化工,輕工業(yè),造船,航空航天,汽車交通,電子,土木工程,水利鐵道,日用家電等一般工業(yè)及科學研究。在產品的開發(fā)過程中,分析過程是一項重要工作,其分析必須經過不斷的修改,以得到最佳化的效果,而ANSYS計算機輔助分析軟件可以幫助解決這一問題。當然,有限元也有它的局限性,比如對于應力集中,裂縫體的分析與無限域等的分析都存在缺陷。軟件主題包括3部分：前處理模塊,分析計算模塊和后處理模塊。前處理模塊主要提供了強大的實體建摸及網格劃分工具,用戶可方便地構造有限元模型。分析計算模塊包括結構分析〔可進行線性分析,非線性分析和高度非線性分析,流體動力學分析,電磁場分析,聲場分析,壓電分析,以及多物理現(xiàn)象的耦合分析。后處理模塊在完成計算后可以通過后處理器查看結果。它含有參數(shù)化設計語言APDL。APDL是ANSYS內嵌式的命令流式程序設計語言。是SNSYS設計優(yōu)化和自適應網格劃分的基礎,同時也具備運算、循環(huán)和選擇等條件的控制特性。任何復雜的模型都可以通過APDL的二次開發(fā)來達到參數(shù)化建模和分析的統(tǒng)一。的該語言用建立智能分析的手段為用戶提供了自動完成有限元分析過程的能力。APDL允許復雜的數(shù)據(jù)輸入,但用戶實際上對任何設計或發(fā)分析屬性有控制權,例如尺寸,材料,載荷,約束位置和網格密度,APDL擴展了更高級的運算,包括靈敏度研究,零件參數(shù)化建模設計修改及優(yōu)化設計。3平板型空氣集熱器的結構設計3.1集熱器的結構平板型集熱器的基本組成部分：1.透明蓋板：由一層或多層透明玻璃組成。作用是讓太陽輻射透過并減少吸收吸熱面的對流和輻射損失,面蓋性能決定溫室效應的強弱。它讓太陽輻射透過,阻止吸收表面的紅外輻射和減少對流損失,從而保證吸熱板頂部有較好的絕熱性能。防止灰塵和雨水對吸熱板的破壞。對于太陽輻射〔它的能量90%分布在3微米以下的光譜區(qū)它的吸收很少,基本上順利通過,但對來自采熱面—它吸收太陽輻射后變熱的熱輻射〔波長在10微米左右。玻璃蓋不允許通過。乍看增加玻璃蓋數(shù)目似乎可減少熱損耗,單玻璃蓋畢竟還有一定的吸收,隨著玻璃層數(shù)的增加,到達采熱器表面的太陽能也減少了[5]。2.由此可見在設計集熱器時,必須既考慮這些透射系數(shù)又考慮玻璃蓋的隔熱功能,對一定所在地〔有一定氣候條件和一定季節(jié),有一最佳玻璃數(shù)目。夏季使用的一層和二層玻璃效果都差不多。寒冷季節(jié)采用多層是有利的。我所要完成的任務是要烘干枸杞。只有7,8,9三個月使用,一層即可滿足要求。選用玻璃是因為它有很好的抗大氣環(huán)境的穩(wěn)定性,機械性能較好,而且價格便宜,但玻璃易打破且較重。玻璃中含有的鐵分越少投射率越高。5毫米厚的平板玻璃強度較好。3.吸熱板：由金屬或非金屬制成各種不同的截面形狀。表面涂以提高太陽吸收率的涂層,以便盡可能多的吸收入射的太陽輻射。4.與吸熱板相連接的通過循環(huán)流體的管路：流體循環(huán)將吸熱板吸收的熱量帶走。吸熱板背面和側面的隔熱層。5.外殼：用來支持及固定透明蓋板—吸熱板,是集熱器的骨架應具有一定的機械強度,良好的水密封性和耐腐蝕性能。保證集熱器經久耐用。圖3-1太陽能集熱器3.2集熱器方向的配置由于成本問題太陽能集熱器安裝在固定位置,究竟什么樣的位置才能使接受陽光的效果最好呢？這就是太陽能集熱器的配置問題。在北半球集熱器的配置應是朝南安放的,并與水平線有一夾角。太陽輻射強度最高一般總是出現(xiàn)在正午,朝南安裝就可以最大限度的獲得太陽輻射能,偏東偏西并不能真正獲得最大量的輻射。如果在使用上有偏東或偏西的要求,或者地形不能滿足朝南時,集熱器需要朝南或朝西偏移,但偏移不得超過15度。這樣太陽太陽光直射在集熱器上的時間不早于上午11點或不遲于下午1點,否則獲取太陽能就會受到較大的影響。此設計是主要用于中衛(wèi)市枸杞烘干用,由于空間上沒有困難。朝南安裝即可。3.3集熱器的傾角的確定[6]表3-1太陽緯度角期日度角份月期日度角份月789123.218.28.6922.516.15.62120.612.41.02919.09.7-2.1固定式集熱器的傾角,以正午時太陽光垂直地照射在集熱器的采光面上為原則。但是即使在同一個緯度的地方,在不同季節(jié)太陽的入射角也是不同的。確定傾角時,只能根據(jù)整個使用期間的要求。如要求夏季獲得最大的日射量,則傾角要比當?shù)鼐暥刃?0o；如果要求冬季獲得最大的日射量,傾角應當你當?shù)鼐暥却?0o；如果要全年獲得最大的日射量,傾角近似等于當?shù)氐木暥?。由于是?,8,9三個月使用所以是重點在夏季使用。XX的緯度近似取為38o,全季度太陽平均赤緯取作<23.2-2.1>o=11o。太陽天頂角的適中位置取做38o—11o=27o,則集熱器與水平的傾角是27o,則在夏季使用最為有利。3.4集熱器材料的選擇集熱器的集熱器是太陽能利用系統(tǒng)的核心部件。集熱器的材料對其熱效率,壽命和成本都有密切的關系,因此在選用集熱器材料的時候,必須進行周密的考慮。不能偏重某一點,而是從全局出發(fā),加以分析,然后確定選用何種材料。1、透光材料的選擇：其作用在結構中已經說過了。要求透光性能好,要有一定的堅固性,能承受小石子,冰雹等的襲擊,還要能承受大風,大雨的小壓力。老化慢,壽命長。膨脹率要小。普通的玻璃其優(yōu)點是耐老化和透光率高但是易破裂。由于經濟的考慮。單個玻璃面積為0.8m2因此可以使用厚為5毫米的普通平板玻璃,屬于七類玻璃[7]。5毫米厚的平板玻璃的力學,光學,熱工性能參數(shù)力學性能光學性能熱工性能項目指標透光率%項目指標項目指標密度2.5〔Kg/cm32mm厚≤88比熱容0.83J<Kg.k>硬度莫式3,4mm厚≤86軟化溫度720~730oC肖式1205,6mm厚≤82線脹系數(shù)8-6/k抗壓強度880-93MPa熱導率0.76~0.82W/m.k表3-2平板玻璃性能參數(shù)總面積為16m2總質量為200千克。2、吸熱板材料的選擇吸熱板是將太陽能轉換為熱能并把熱能傳遞給載熱體的一種轉換和熱量的交換器。它是集熱器的關鍵部分。集熱器的性能好壞除了合理的結構以外,吸熱板的材料起著重要的作用。因此吸熱板的材料有如下要求[8]〔1、具有良好的導熱性,以加強吸熱板與載熱體之間的熱交換,提高集熱效率?！?、具有一定強度?！?、耐腐蝕性能良好?！?、加工性能良好,以便工廠進行大量生產?！?、材料來源方便,價格便宜加工成本低。實際上,哪一種材料也不能滿足所有的要求,只能從綜合考慮的基礎上選擇。實際中使用的材料為金屬,我采用一般的2毫米厚的鐵皮,是因為成本低,而且來源豐富。壓制成60o的波紋板〔為了增加換熱面積,而且表面涂上一層瀝青漆作為黑體來完全吸收輻射。吸熱板的腐蝕不但會降低集熱效率,最后還會導致集熱器的報廢。吸熱板的外表面防腐：吸熱板的正面〔吸熱面已經涂復吸熱涂層,只要涂層不受破壞,它就起保護作用。其余各面都有保溫層,但是與大氣接觸,易于生銹,必須涂上防銹漆保護。吸熱板與載熱體接觸面的防腐：由于甘醇,硅油,空氣作為載熱體時,對任何金屬板都不存在腐蝕問題。3、吸收涂層太陽能吸收涂層對集熱器的集熱效率影響很大。涂層的太陽能吸收率越大,集熱器的集熱效率s越高。涂層的熱輻射率ε正好相反,越小則熱效率越高。因此要求它們的比值s/ε越大越好,但是不能盲目的追求。因為有時s值的提高比ε值的降低會帶來更大的好處。而且,在提高s的同時又要降低ε,則會使涂層工藝變的十分復雜,成本也很高。我選用的是涂料型吸收涂層中的瀝青漆涂層。這是一種工藝簡單的光譜選擇性吸收涂層。要求底材具有光鮮的金屬表面,不允許有銹蝕。厚度在7~10微米。為了便于控制用小型的油漆砰槍砰涂。4、保溫材料保溫材料也稱隔熱材料或絕熱材料。它是太陽能熱利用系統(tǒng)中不可缺少的材料之一。為了減少在能量的收集,運輸和貯存過程中的損失,對系統(tǒng)中所有設備和裝置都必須采取保溫措施。其要求一般是〔1導熱系數(shù)要小。注意導熱系數(shù)隨著溫度,濕度和密度的不同而變化?！?能耐受一定的溫度。具有耐溫要求按使用溫度而定,要求在使用下不燃燒,不分解,不變形,而且保溫性能沒有明顯的變化。〔3沒有腐蝕作用?！?不吸水。安裝方便,具有一定的尺寸穩(wěn)定性?！?價格便宜來源方便[9]。集熱器常用的材料有玻璃纖維,礦渣棉,泡沫塑料,膨脹珍珠巖,稻草和鋸末。我選用鋸末作為保溫材料。因為是最容易得到的材料,價格便宜,但是容易腐爛。所以我要對他進行防腐處理,而且要壓實了以便安裝。其容重為596~740〔公斤/米3。導熱系數(shù)為0.095~0.125〔千卡/米時oC5、集熱器外殼材料集熱器外殼的作用是：保護吸熱板和保溫材料；支持透明蓋板；保證集熱器具有一定的剛度,以便安裝在支架上。因此有以下特性：〔1具有一定剛度和強度,集熱器安裝在支架上,要求外殼材料能承受整個集熱器的重量,不破壞,不變形。因為變形過大會把玻璃蓋扭坡?！?耐腐蝕。集熱器外殼長期受到日曬,雨淋和直接接觸空氣中的有害成分,因此要求要在各種氣候條件下都能耐腐蝕[10]。以免一旦外殼受損,吸熱板和保溫層會直接受到威脅,這是決不允許的。鋼板是集熱器外殼常用的材料。它機械強度高,加工也方便,但耐腐蝕性不好。為了防腐蝕,可以鍍鋅或涂防銹漆加以保護。鍍膜成本高,效果好；涂漆成本低但是易脫落[11]。幾年內要重涂一次。外殼的內層的剛板有一邊用反光鋁箔的鋼板。來使輻射能反射到吸熱板。為了減少自吸熱板上的輻射損耗。6、架子是用來支持集熱器使之與水平有一夾角。我采用內徑為32毫米,外徑為40毫米的無縫鋼管,采用建筑常用的鐵卡子來連接?？傞L為8米。3.5空氣集熱器的結構圖3-2空氣集熱器的結構圖3-3初步設計帶有支架的集熱器圖3-4為太陽能空氣集熱器單元結構圖圖3-5為用單元拼裝的太陽能空氣集熱器3.6我的設計的solidworks裝配圖及零件圖圖3-6裝配圖圖3-7裝配圖圖3-8波浪形鐵皮制集熱板圖3-9集熱板另外一面〔涂有瀝青以此更好吸熱圖3-10透明蓋波20塊0.8平方米單元塊組成圖3-11集熱器內部,銀白色部分為內襯〔鋁箔4空氣集熱器的集熱性能分析4.1熱載體空氣的相關參數(shù)及集熱器的相關數(shù)據(jù)XX回族自治區(qū)的年太陽輻射約6000~8000MJ/m3,天輻射量18.05~24MJ/M3空氣的密度約為1.29千克/米3空氣的動力黏度約為1.71e-5Pa.s,空氣進入集熱器的速度為0.05,0.1,0.15,0.2不做等流溫度場的模擬,假設集熱器的出口壓力為零集熱器外的空氣對流換熱系數(shù)約等于20~26W/m2.oC太陽輻射300W/m2.,空氣的導熱系數(shù)0.0244W/m2K,空氣的比熱按恒定值1.005J/Kg.K集熱板溫度設為373K即100oC,表面的黑度為14.2ANSYS有限元分析流程圖圖表4-1ANSYS有限元分析流程圖4.3用有限元的分析軟件ANSYS來分析集熱性能按程序流程：圖表4-2程序流程圖圖4-1軟件基本操作界面建模、幾何圖形可以由軟件提供的功能繪出,也可以經過CAD系統(tǒng)將將AUTOCAD文件轉化為IGES文件參數(shù)實例文件導出,具體如下：打開ANSYAFileImportIGes則可以在ANSYA中用來轉化好的圖形文件來建模。是一個3D的六面體的單元模型,有8個點。單位〔米,其坐標為1、〔0.36,0,0,2、〔0.36,0,-8,3、〔-0.36,0,-8,4、〔-0.36,0,05、〔0.5,0.246,06、〔0.5,0.246,-8,7〔-0.5,0.246,-8,8、〔-0.5,0.246,0或者在界面里輸入以下命令來建立模型：/PREP7K,,0.36,,,K,,0.36,,-8,K,,-0.36,,-8,K,,-0.36,,0,K,,0.5,0.246,0,K,,0.5,0.246,-8,K,,-0.5,0.246,-8,K,,-0.5,0.246,,V,4,1,2,3,8,5,6,7圖4-2建模圖圖4-3軟件中建立模型圖網格的劃分實體外形定義完畢后對對模型進行網格的劃分。,供后續(xù)分析計算。網格劃分的越細,所計算的結果誤差越小,但是所需時間越長,在線性問題中并不嚴重,但是非線性分析將十分嚴重。因此網格不宜無限制細分。因此此處的流體模型的網格劃分采用流體單元3D—Flotran142分格。在流體分析中網格的質量影響著流體場,溫度場的求解。這里采用映像網格劃分〔是指將一個幾何模型分解成幾部分,然后選擇合適的單元屬性與網格控制,分別劃分成映像網格。是流體中一般采用邊界較內部密的多的分格方法,是有限元分析流體的基本要求。圖4-4網絡劃分圖負載及約束約束是定義一個結構固定的部分。分析一個結構前必需定義邊界條件。負載包括集中力,分布力,加速度及預應變。這里的是加在最上面一層空氣的集熱板上的100攝氏度的熱量。但是此處用K來表示較為方便。即是373K。圖4-5給模型附加溫度圖分析進入這一部分時整個模型必需定義完成。是屬于后處理部分的。程序把輸入的數(shù)據(jù)帶入計算,得到許多點的速度和溫度圖像。下面是溫度的整體分布圖和局部放大的溫度分布圖像。圖4-6溫度整體分布圖圖4-7溫度局部放大圖分析溫度分布的平均值,由上圖得到一系列的溫度值?？梢钥吹綔囟扔?種顏色來表示由下到上是逐加的。深綠色從314.271K—326.017K<41oC—53oC>淺綠色從326.017K—337.763K〔53oC—64oC黃色從337.763K—349.509K〔64oC—76oC橙色的從349.6K—361.254K〔76oC—80oC紅色的從373K—361.254K<100oC—80oC>求出其平均值來檢驗效果==343.636K=70.636oC烘干枸杞的溫度只要在40oC以上即可滿足要求。由上可知道我的設計基本滿足要求。有些可在實踐中來進一步完善。5結論本課題屬于工程理論及分析課題,針對目前國內外對太陽能資源的利用,在本次設計中,通過多方搜集資料,利用光學,力學知識,進行簡單結構設計,并且利用有限元軟甲對其進行分析,驗證可行性。本太陽能干燥用空氣集熱器的材料選擇,結構設計使得最大限度的可以對太陽能資源進行收集,以此來對箱體內的物料達到干燥的目的,而且效果比較高,干燥后的物料也比較清潔。從而擯棄了傳統(tǒng)的暴曬,風干的方法。經濟型和實用性都比較好,該設計為單個箱體,可以將其量產并且組合在一起,這樣可以更加高效。本設計的結構參數(shù),以及針對XX地區(qū)熱載體空氣的相關參數(shù)及集熱器的相關數(shù)據(jù)相結合,根據(jù)軟件分析得到其平均溫度可以達到70.636oC,XX中衛(wèi)地區(qū)枸杞屬于特產,而且烘干枸杞溫度需要在40oC以上即可,所以此設計完全符合其要求。參考文獻[1]日本太陽能學會[編]劉鑒民等[譯].太陽能的基礎和應用[M].上海:上?？茖W技術出版社,1982.[2]方榮生,項立成,李亭寒,等.太陽能應用技術[M].北京：中國農業(yè)出版社,1985.[3]項立成趙玉文羅運俊.太陽能的熱利用[M].北京:宇航出版社,1990.[4]郭廷瑋等.太陽能的利用和前景[M].北京:科學普及出版社,1984,6.[5]蘆潮.平板型太陽能空氣集熱器的應用分析,太陽能建筑[J]2007.[6]陶文詮.數(shù)值傳熱學.XX：XX交通大學出版社,1988.[7]洪亮,多吉,王海江,等.太陽能空氣集熱器應用于建筑供暖的研究,XX科技[J]2008.[8]陸亞俊,馬最良,鄒平華等.暖通空調.北京：中國建筑工業(yè)出版社,2002.[9]張熙民,任澤霈,梅飛鳴等.傳熱學.北京：中國建筑工業(yè)出版社,2001.[10]陸耀慶等.實用供熱空調設計手冊.北京：中國建筑工業(yè)出版社,1993.[11]吳味隆等.鍋爐及鍋爐房設備.北京：中國建筑工業(yè)出版社,2006.致謝畢業(yè)設計已結束,本次設計從選題到完成整個過程中得到了李明濱老師的悉心指導。從老師身上不僅學到了理論知識,更多的是待人接物與為人處世的道理。其嚴以律己,寬以待人的崇高風范,樸實無華、平易近人的人格魅力,使人倍感溫馨。在此真誠的感謝李明濱老師。愿導師合家歡樂,一生平安,工作順利。也感謝各位老師和同學,祝愿大家以后工作順利。謝謝??！外文文獻中文譯文太陽能蒸餾：一種有前途的供水代替技術,它使用免費的能源,技術簡單,清潔埃及,亞歷山大,亞歷山大大學機械學院工程系摘要:太陽能蒸餾為鹽水淡化提供了一種替代技術,它使用免費的能源、技術簡單、清潔為人類提供所需的部分淡水。太陽能蒸餾系統(tǒng)的發(fā)展已經證明:當天氣情況良好,并且需求不太大時,比如少于200立方米/天,它在海水淡化過程中有一定的適用性。太陽能蒸餾器的產量低這個問題迫使科學家研究許多提高蒸餾器產量和熱效率,以此來降低產水的費用。本文對許多最新發(fā)展的單效和多效太陽能蒸餾器進行了整體評論和技術評估。同時,對蒸餾器構造的發(fā)展、各部件在運行過程中出現(xiàn)的問題、對環(huán)境的影響也進行了闡述。關鍵詞:太陽能;海水淡化1.簡介在淡水需求超出了淡水資源所能滿足的量的地力一,對低質量的水進行去鹽處理是一種合適的淡水來源途徑。對鹽水或海水脫鹽處理取得淡水滿足了社會基本的需求。一般說來,它不會對環(huán)境造成嚴重的損害作用。因此,進行海水淡化的工序和工廠在數(shù)量上和能.力上都有了巨大的進步。許多不同的海水淡化技術被用來從鹽水巾分離淡水,包括有:多級閃蒸<MSF>、多效<ME>、蒸汽壓縮<VC>、反滲透<RO>、離子交換、電滲析、相變和溶劑萃取。但是,這些技術只能產生少量的淡水,因而是昂貴的。另一方面,用來驅動這些技術的傳統(tǒng)能源也會對環(huán)境產生消極的作用。而太陽能蒸餾為鹽水淡化技術提供了一種有前途的替代處理過程,它使用免費的能源,技術簡單,清潔,并能為人類提供所需的部分淡水。太陽能蒸餾系統(tǒng)的發(fā)展已經證明:當天氣情況良好,并且需求不太人時,比如少于200立方米/天,它在海水淡化過程中有一定的適用性。太陽能蒸餾器的產量和熱效率,以此來最小化產水費用。這些方法中包括被動的和主動的單效蒸餾器。一些作者也曾試圖都產生的水蒸氣在外部凝結<在額外的凝結表面上>。另一方面,浪費的凝結潛熱也被利用,從而增加餾出水的產量和提高效率。這種方法要通過兩個或多個階段實現(xiàn),一般叫做多效太陽能蒸餾系統(tǒng)。本文對許多最新發(fā)展的單效和多效太陽能蒸餾器進行了整體評論和技術評估。同時,對蒸餾器構造的發(fā)展、各部件在運行過程中出現(xiàn)的問題、對環(huán)境的影響也進行了闡述。單效蒸餾器的發(fā)展、各部件在運行過程中出現(xiàn)的問題和典型的經濟性不好問題將會在第2部分得到闡述和討論。多效蒸餾器的發(fā)展會在第3部分進行闡述。太陽能蒸餾冷凝處理特征和對環(huán)境的作用將會在第4部分得到闡述。2.單效蒸餾器的發(fā)展單效太陽能蒸餾器的熱效率和每平方米的日產量可以通過許多被動的方法進行提高,見圖1,比如:降低水在盤中的深度,在盤底涂黑色圖層,減少盤壁和盤底的散熱損失,它也可以通過主動的方法提高效率和日產量:把蒸餾器同一個太陽能加熱器或一個太陽能集中器組合為一個整體。這些發(fā)展的技術的分類見圖2。這些技術在下面會被闡述和歸納。2.1使用被動的辦法修改不同的技術、結構修改和發(fā)展被引入論文以便對蒸餾器進行積極的改善。這些技術、結構的修改和發(fā)展是巨大的,并且將被重視起來。下面進行簡單的討論：2.1.1盤狀蒸餾器1.單斜面和雙斜面盤狀蒸餾器:比較.單斜面和雙斜面盤狀蒸餾器,可以看出在太陽運動的基礎上,在不同的季節(jié)和地區(qū),雙斜面的盤狀太陽能蒸餾器的最大輻射熱吸收量要高,并且運行的比較好。另一方面,單斜面的有較少的對流和輻射損失,而目,遮光區(qū)可進行額外的凝結。根據(jù)德里氣候條件下得到的年運行數(shù)據(jù),Tiwari和Yadav得出這樣的結論:在較冷的天氣條件下,單斜面得比雙斜面的運行的好。在夏人較熱的人氣條件下,雙斜面得比單斜而的運行的好。2.帶冷凝板的蒸餾器:如果盤<熱源>和玻璃板<集熱板>的溫差變大時,蒸發(fā)率也就提高。這可以通過提高盤的溫度和降低蓋板的溫度或兩者兼有達到。兩種布置冷板的方法已經被提出,都是使用雙層玻璃板。這兩種被稱作回流和對流,見圖3。結果顯示:冷卻板提高了蒸發(fā)器的產量,而且使用回流時比使用對流時提高的多,這是因為部分被冷卻板得到顯熱在回流過程中被利用。3．帶處理過表面的蓋板的蒸餾器:Baladori和Eldin說:用矽酸鈉或氫氟酸處理玻璃蓋板的內表面可以增加它的可濕性和減少允許板的最低斜度,從水平降到1.5°。從而可以增加蒸發(fā)器的產量。但是,額外的處理蓋板的費用使蒸發(fā)器的初期投資增加。4．附加冷凝器的蒸發(fā)器:Fath和Elsherbiny在單邊潤濕的蒸發(fā)器的遮光區(qū)域裝了一個被動式冷凝器,見圖4。作者指出:把蒸汽從蒸餾器趕到附加冷凝器的一個功能,蒸餾器的效率提高了45%。通過自然循環(huán)來提高蒸餾器的效率,最高可達75%,這取決于循環(huán)流動的阻力的大小。5.帶黑色圖層或里面有渾濁水的蒸發(fā)器:Lawrence等人指出:<a>涂層對蒸餾器的運行有非常重要的作用,特別是對較深的水。<b>黑色涂層比紫色和紅色涂層所起的作用要好。渾濁的水使放射線不能穿透過,所以入射的太陽輻射大多在最上層被吸收掉。Onyegebu從帶泥的池塘蒸發(fā)器所做的結果顯示:<關于日產量>濁水和清水產生相同的餾出產物。但是對于被污染了的濁水,還沒有足夠的可用信息,對于被污染了的一些地區(qū),這可能是唯一的飲用水來源。2.1.2.幕芯式蒸餾器事實已經證明:降低蒸餾器鹽水的深度可以提高產量,這取決于更高的盤的溫度。幕芯式的優(yōu)點是可以保持鹽水盡可能的淺<在低熱容下>,從而防止干涸。1.單幕芯式蒸餾器:安裝在智利法爾巴拉索的一個帶塑料蓋板的這種類型的蒸餾器顯示:產率在3.8一4.41/m2/d的這種蒸餾器的運行效率達到40%-46%。Moustafa等人制造了一種改善了的幕芯型帶收集器一蒸發(fā)器的蒸餾器,測試表明:產量和運行效率都有所提高。2.多幕芯式蒸餾器:Tiwari等人提議了一種雙冷凝器的多幕芯蒸餾器。過量的蒸汽可以在其他的表面上被冷卻,從而減少玻璃板的熱負荷,降低玻璃板的溫度,從而增加蒸發(fā)量。實驗結果表明:相較于簡單得多幕芯蒸餾器,產量可以增加20%。圖5示出了1981年安裝在印度新德里的雙斜面多幕芯式蒸餾器的橫截面和結構布置圖。它的裝置容量為851/d。3.多幕芯與盤式蒸餾器:由于忽略了多幕芯盤式蒸餾器中水的熱容,多幕芯盤式蒸餾器的產量總是高于常規(guī)的盤式蒸餾器。Tiwari和Yadav指出:多幕芯盤式蒸餾器用于中規(guī)模設備的經濟性較好。對于大規(guī)模的蒸餾水供給系統(tǒng),盤狀蒸餾器更受好一些,因為它簡單、費用低。4.多幕芯與盤式結合的蒸餾器:Minasian和AI-Karaghoul把傳統(tǒng)的盤式蒸餾器<安裝在陰暗處且有一個不透明蓋板>和一個幕芯式太陽能蒸餾器連接起來,因此,原來被浪費了的熱鹽水從幕芯式供水管中直接直接流入到盤式蒸餾器中,使盤式蒸餾器蓋板被冷卻,結合的蒸餾器具有比兩個蒸餾器分開要高的熱效率,并且年蒸餾水產量比盤式的要高出85%,比幕芯式的高出43%。5．經濟分析:Tiwari和Yadav給出了多幕芯太陽能蒸餾器的經濟分析,綜合參考了各種因素,即系統(tǒng)壽命、系統(tǒng)利用價值、利率和維修費用。這種裝置的費用分析說明見表1。6.運行中存在的問題:Tiwari和Yadav報告了系統(tǒng)<4年>在運行過程中出現(xiàn)的各種各樣的問題,它們是:水在蒸餾器的貯水池中分布不均勻。這是由蒸餾器問的連接管道直徑太小引起的。從而導致空氣泡的形成,阻礙了鹽水流的均勻一致,而且蒸餾器的支架是傾斜的,因此,太陽能蒸餾器不能安裝在同一水平上。鍍鋅的鐵片出發(fā)生腐蝕、鹽水中MS都能導致系統(tǒng)泄露。由于貯水池中鹽水分布不均勻,蒸餾器中的纖維降解了。黑色聚乙烯片和蒸餾器邊上的泡沫材料易被.鳥類損壞,需要經常更換材料。由于蒸餾器底部是由鍍鋅的鐵片做成,一致傳異散熱損失,從而會明顯減少產量。由于貯水池滿溢有可能使蒸餾水和鹽水混合。因為<a>容器的溢出物使鹽水只稍低于蒸餾水管道:<b>豎直墻太小,因此蒸餾水管道和多余水出口處有一小段缺口。由于使用鋁做管道,使得蒸餾水的純度下降。由于玻璃蓋板和管道之間不合適的密封,使得蒸餾水會在玻璃板邊緣較低處泄露。多出的水對產量有明顯的影響。給纖維棉染色時,大量染料一被浪費。為了解決以上這些問題,一種新設計的1001/d的強纖維塑蒸餾器已經被提出,目的在于提高裝置壽命。2.1.3擴散式蒸餾器基木的擴散式蒸餾器和盤式蒸餾器的比較:Fath和Elsherbing提出:在埃及的氣候條件下,擴散式蒸發(fā)器的日產量可以在0.5kg/m2之間多種多樣。在相同的設計參數(shù)、運行參數(shù)和環(huán)境參數(shù)條件下,Elsayed從數(shù)量上較了單效擴散式蒸餾器和盤式蒸餾器,并且指出:運用擴散式蒸餾器可在產量和效率兩方面都提高。2.1.4其他結構形式的蒸餾器本文涉及的其他結構形式的蒸餾器包括:豎直多微孔蒸發(fā)蒸餾器和串級太陽能蒸餾器。2.2有外部加熱<主動式>的蒸餾器為了提高蒸發(fā)速率和得到更高的蒸餾物產盤與蓋板的溫差必須加人。通過外界加熱可以提高盤的運行溫度。較大的溫度運行范圍可以通過把蒸餾與下列部件整合而得到:<1>太陽能加熱器;<2>太陽能集中器;<3>廢熱利用系統(tǒng)。與加熱器或集中器整合的蒸餾器通常叫作主動式太陽能蒸餾系統(tǒng)。加熱器或集中器里的循環(huán)刊一以通過自然環(huán)流<熱管>或流動裝置<泵>來得到。在濃縮器加熱系統(tǒng)中,有可能有氣泡形成和兩相流,它們能影響循環(huán),應該被列入考慮之列。從外部集熱器得到的熱量可以直接供給蒸餾器來提高蒸發(fā)速率,也可以通過熱交換器供給蒸餾器。由一J幾供熱溫度降低和更多的熱損失掉,整個系統(tǒng)的效率會降低。但是,這種間接的太陽能集熱系統(tǒng)刊一以保護集熱器不會因為鹽水而被腐蝕或產生大量沉淀。其他的蒸餾器結構包括使用涂層和冷卻板或者其他形式的太陽能加熱器。2.2.1連接太陽能集熱器的蒸餾器圖6。畫出了Rai和Tiwari提出的這種整合系統(tǒng)。水在一個小型泵的協(xié)助下在蒸餾器和集熱器之間循環(huán)。從集熱器巾得到熱量直接供給蒸餾器提高其蒸發(fā)速率。比起沒有連接集熱器的裝置,這種系統(tǒng)的日產量可提高料%。圖6b畫出了自然循環(huán)系統(tǒng)的構想。這種蒸餾器刊一被放置到足夠高的地方以產生熱管流所需要的足夠的壓力。最近,Sinha等人評估了帶集熱器輔助的太陽能蒸餾系統(tǒng)作為太陽能熱水系統(tǒng)的投資替代品。兩個系統(tǒng)在相同的經濟環(huán)境和考慮相同的容量的條件下,技術經濟分析己經得出:從蒸餾系統(tǒng)得到的能量的費用遠遠低于從熱水器中得到的能量的費用,并且,熱水器的年運行費用高于太陽能蒸餾器的年運行費用。這是因為前者<熱水器>的初期投資較高。2.2.2連接太陽能集中器的蒸餾