直接式太阳能干燥系统的热性能分析及应用

针对直接式太阳能干燥系统在实际应用过程中会存在干燥物料表面温度过高导致品质低下的问题,该文自行设计搭建一种直接式太阳能干燥系统,以红薯为干燥对象对该系统进行试验分析;同时在综合考虑室外气象参数、干燥物料热物性、搭建系统特性的基础上,基于能量平衡原理建立系统热性能动态数学模型,利用MATLAB2014a进行编程求解出干燥物料表面温度,将干燥物料表面温度的试验值与模拟值进行相关性分析,并对设计搭建的直接式太阳能干燥系统的应用进行分析。研究结果表明:物料表面温度的试验值与模拟值之间的决定系数为0.98,均方根误差为1,说明建立的系统动态热性能数学模型能够较准确的预测室内干燥物料表面温度,对防止物料表面温度过高导致物料干燥品质下降具有重要意义;直接式太阳能干燥系统的平均干燥速率比开放式太阳能干燥系统高7.7 g/h,干燥系统所获得的总热能量为3.92 k W?h,其平均太阳能热利用效率为21.23%。     

太阳能干燥装置性能及三七干燥效果

为提高三七干燥效率和干燥品质,该文提出了一种由单层盖板V型波纹槽吸热面双通道的空气集热器和绝热干燥箱及通风装置组成的太阳能三七干燥设备,研究了该太阳能干燥设备的集热性能,并在昆明的气候条件下对三七进行了太阳能干燥试验,且与传统的自然干燥作了比较。试验结果表明,所设计的空气集热器在空气流量为0.0597 kg/s时,冬季晴天条件下最高温度和最高效率分别达到62.2℃ 和76.7%,平均温度和热效率分别为54.6℃和66.5%,在多云的天气下平均热效率和平均温度可分别达53.9%和47.5℃;干燥箱采用上进风     

太阳能干燥相变储热水箱的放热性能

为降低传统干燥能耗,强化太阳能干燥用储热水箱的储放热能力,在普通储热水箱中添加了硬脂酸/膨胀石墨相变储热材料,研究了放热温差、储热单元体积对装置放热性能的影响。研究结果表明:相变储热水箱放热时间、放热量随着放热温差和储热水箱中储热单元体积的增加均有所提升,储热单元的添加对储热水箱的放热效果影响更为显著。放热效率则随着放热温差的增大而降低,随着储热水箱中储热单元体积的增加而显著提升;储热水箱中储热单元体积为35%时,相变储热水箱的放热时间比普通储热水箱最多提升了1.26倍,放热温度最大可提高8.7℃,热效率最多可提高22.56%。     

圆形吸收体贝壳形复合抛物聚光器模型构建及其性能

为解决沿东西方向放置的标准复合抛物聚光器（Standard-Compound Parabolic Concentrator,S-CPC）在有效工作时长内南边面形利用率低、遮挡光线、不能有效聚光的问题,该研究基于非成像光学边缘光线原理,构建了圆形吸收体贝壳形复合抛物聚光器（Shell Shaped -Compound Parabolic Concentrator,SS-CPC）的面形结构数学模型,采用可视化激光试验装置对SS-CPC模型聚光过程进行了验证。分析了旋转角对SS-CPC光学性能的影响,研究发现,旋转角β越大,SS-CPC的光学效率越低,但光口宽度、能流分布的均匀度越大。与相同接收半角的S-CPC对比试验结果表明：β值为0°、7°、34°、44°的SS-CPC平均光学效率为0.639 8、0.635 2、0.620 1、0.609 3,均高于S-CPC,且在工作时长、能流分布及均匀性方面,SS-CPC都优于S-CPC。SS-CPC有效消除了S-CPC聚光器南边面形拦截光线导致不能聚光的现象,提高了太阳辐射能的利用率。     

高效太阳能集热厢式干燥房的设计

为解决常规干燥方式干燥效率不高、产品品质差等问题,缩短干燥时间,提高干燥产品的卫生质量,以太阳能为热源,根据农产品的干燥特性和热风干燥机理设计制造了生产用高效太阳能集热厢式干燥房。该新型太阳能干燥房采用厢式结构设计,引入强制-自然匀风排风技术和折返式双换热技术,研究表明太阳能干燥房中的日最高温升为12.5℃,日平均温升可达6.6℃,内部温度均匀,葡萄干燥时间可缩短至20d,葡萄干绿级品率较传统干制方法提高了48.43%,适用于果蔬、中药材等农副产品干燥领域。     

太阳能干燥皮毛制品的实验研究

在皮毛制品的生产加工过程中，对太阳能干燥皮毛的工艺进行了实验，测出了太阳能干燥皮毛的特性曲线，通过分析确立了太阳能干燥皮毛的可行性，从而为大规模工业化利用太阳能开辟了广阔的前景。     

聚光太阳能温差发电装置性能分析与试验

为提高太阳能温差发电装置的热电转换效率,该文设计聚光太阳能温差发电装置,利用槽式抛物面反射聚光镜进行聚光,经集热体转换为热能后提高温差发电器(thermoelectric generator,TEG)热端温度,冷端采用扁平热管作为传热元件,利用水冷散热,增大TEG冷热端温差,提高装置输出功率及热电转换效率。对装置建立能量转换平衡方程,通过数值计算分析不同太阳辐射强度对热损失、光热转换效率及热电转换效率的影响。为解决多个热电模块串联在一起,无法使每个模块都工作在最大功率输出状态,从而导致整体输出功率降低的问题,采用集中-分布混合式最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT),试验结果表明,经过MPPT后装置能很快达到最大功率输出点,且输出功率稳定,运行30 min输出功率增加3.2 W。搭建了装置的性能测试平台,对基于槽式抛物面反射聚光与扁平热管水冷散热的聚光太阳能温差发电装置进行试验研究,结果表明,随着冷却水流量的增加装置输出功率得到提高,当冷却水流量达到8 L/min后,输出功率趋于平缓;随着温差的增大装置的最佳匹配负载逐渐增加。装置的全天性能试验表明,试验期间装置最大输出功率为30.1 W,平均输出功率27.8 W,试验期间发出电量222.4 W·h,热电转换效率最大为5.4%,装置最大效率4.1%,该装置在远程传感器供电和微功耗供电等领域具有广阔的应用前景。     

太阳能热泵污泥干燥技术

为解决当前污泥干燥存在的问题,该文研究利用太阳能热泵对污泥进行干燥,阐述了太阳能热泵污泥干燥系统的结构与工作原理,对系统的主要设备进行了计算设计并进行试验及性能分析,最后对太阳能热泵干燥与其他几种典型干燥方式的能耗及经济性做了比较。该系统具有节能、环保、经济等优点,配备太阳能系统平均可节省电量10%左右。该研究可为太阳能热泵干燥污泥的工程应用提供参考。     

自动跟踪式小型太阳能集热玉米果穗干燥装置设计

为缩短玉米果穗的干燥制种时间及相应干燥成本,利用中国西北部地区充沛的光热及干燥空气资源,设计了一种安装有太阳能跟踪控制系统的自动跟踪式小型太阳能集热玉米果穗干燥装置。结合该地区气候条件,确定了干燥装置的总体结构设计方案,完成了集热、干燥、控制系统及风机等关键部件设计选型,并利用该装置进行了相关玉米果穗干燥试验。试验结果表明,应用自动跟踪式小型太阳能集热玉米果穗干燥装置能够将含水率为25%的新鲜玉米果穗(湿基)500kg在5d内(36h)干燥至含水率14%(湿基),装置干燥时间较集热器固定作业方式提高7h,平均干燥速率由0.256%/h提高至0.306%/h,满足设计目标,符合玉米果穗等农产品的贮藏、制种干燥要求。     

开放式太阳能物料干燥热湿迁移模型的构建及验证

基于开放式太阳能物料干燥过程中存在干燥品质不可控、随机性较大的问题。根据传热传质理论知识,建立开放式太阳能物料干燥热湿迁移预测模型,在综合考虑太阳能辐射、室外空气温湿度、室外风速等影响因素的基础上,对模型中的参数进行选择,并利用MATLAB软件编制求解程序,该模型能够预测出干燥过程中物料表面的温度及水分迁移速率变化。为验证模型的准确性,以红薯为干燥物料对其开放式太阳能干燥过程进行试验测试。结果表明：物料表面温度、水分迁移速率的模拟值与试验值之间的决定系数分别为0.96、0.89,均方根误差分别为0.97 ℃、28.35 g,其相关性程度较高,说明该模型能够较准确预测开放式太阳能物料干燥过程中物料表面温度及水分迁移速率,可以用于开放式太阳能干燥的工艺控制。     

槽式太阳能聚光集热器传热特性分析

为了研究槽式太阳能集热器的传热特性及为槽式太阳能集热器的设计提供理论依据,该文分析了槽式太阳能集热器的传热特点,建立了槽式太阳能集热器传热过程一维数学模型:利用该数学模型,计算分析了槽式太阳能集热器的传热特性。选取了2014年9月21日、10月25日的太阳直接辐照数据进行计算分析,10月25日太阳直接辐照数据均值比9月21日高37.5894 W/m~2,9月21日集热器吸收的太阳辐射热能计算均值比10月25日高196.644.W/m:接受管内外壁导热量随内外壁面温差升高而增加,接受管外径与内径的比值大于1.05时导热热阻增加到0.0004679 K/(W·m);接受管和玻璃管之问传热主要是辐射换热,辐射换热量随玻璃管内壁面温度升高而增加:对流换热量数值上可以忽略不计,且与接受管和玻璃管之间的环形空间残存气体类型有关,环形空间为氢气的对流换热量大于空气,空气大于氩气:玻璃管对外界的传热主要是辐射换热和对流换热,环境温度每下降lO℃,玻璃管对环境的辐射放热量增加约105 W/m:玻璃外管壁温度为50℃时,风速为6 m/s比0.5 m/s时的对流换热量增加约116W/m,玻璃外管壁温为80℃时,该值增加约为340 W/m;集热器的瞬时热效率随传热工质温度的升高而下降,随太阳直接辐照增加而升高;利用该文建立的数学模型计算的瞬时效率与美国可再生能源实验室的试验数据最大偏差约为3%。     

热管式真空管太阳能聚光集热系统传热特性分析

该文设计了一套最高可提供473 K高温热水的热管式真空管太阳能聚光集热系统,为研究该系统的传热特性并为系统设计提供理论依据,建立了热管式真空管太阳能聚光集热系统传热过程的一维数学模型,计算并分析了该系统的传热性能。计算结果表明,该文设计的热管式真空管太阳能聚光集热系统的瞬时热效率均高于70%,且随太阳直射辐照强度和环境温度的升高逐渐升高,随传热流体温度和风速的升高逐渐降低。热管式真空管接收器内工质的工作温度和压力也随太阳直射辐照强度、传热流体温度、环境温度及风速的变化而变化。在该文计算条件下,热管的工作温度在327.6~503.2 K,工作压力在0.016~2.8 MPa,符合以水作为热管工质的最佳工作范围(293~523 K)。环形区域压力和渗入气体种类对集热系统传热性能也有明显影响。当环形区域压力P10~(–3) Pa时,接收器热损失较小且随压力变化基本保持不变;当P10~(–3) Pa时,随着环形区域压力升高,接收器热损失逐渐增大。另外,环形区域渗入气体的导热系数越大,接收器热损失越大。该研究对了解热管式真空管太阳能聚光集热系统传热特性、优化集热系统结构、指导系统设计具有一定的实用价值。     

南美白对虾太阳能干燥能耗参数优化及中试

为降低南美白对虾干燥能耗,提高南美白对虾干燥品质,该文探讨了实验室太阳能干燥温度、风速及干燥量对干燥效果的影响和中试试验。通过实验室试验确定干燥温度范围为45～55℃,风速6～8 m/s,干燥量3～4 kg,响应面分析法分析了太阳能干燥温度、风速及干燥量与干燥能耗的关系,建立了二次回归模型,确定南美白对虾太阳能干燥最佳工艺参数为：干燥温度为53.40℃,风速为7.43 m/s,干燥量为3.65 kg。在实验室数据的基础上进行了中试试验,结果表明干燥鲜虾量100 kg（煮后69.5 kg）得到38.16 kg产品,所需总能耗549827.05 kJ,其中太阳能提供了379619.05 kJ,实际耗电47.28kW·h（折合能量170208 kJ）。太阳能干燥单位质量（1 kg）南美白对虾实际能耗0.68 kW·h/kg,相比热风纯电加热器干燥节能1.51kW·h/kg,相比燃煤烘房干燥可减少0.75kg/kg CO2排放。该研究结果为南美白对虾太阳能干燥工业化生产提供参考。     

槽式太阳能跟踪控制系统的研制及应用

目前在太阳能热发电领域,仅有槽式太阳能实现了商业发电,但是槽式太阳能需要实时进行太阳跟踪。为了提高槽式太阳能跟踪精度,该文研制了一种基于可编程逻辑控制器PLC的太阳自动跟踪系统,并采用视日运动轨迹算法主动式跟踪策略,计算出槽式太阳聚光器跟踪太阳的旋转角度,并用该角度产生控制指令驱动液压油缸,实现对南北布置东西跟踪的槽式太阳能聚光器的精确太阳跟踪,选取了4个典型日期分析该跟踪系统在4个典型日期时太阳位置的高度角、方位角、跟踪太阳的旋转角度以及聚光器的旋转角度等数据,研究聚光器的运行特性。应用结果显示,该跟踪控制系统计算的太阳位置算法与国际上比较先进的高精度太阳位置SPA计算算法之间的误差在0.12°以内,角度传感器的变送误差在0.044°以内,间歇跟踪驱动最大误差在0.4°以内,经过现场测试整个跟踪系统的误差在0.5°以内。同时,对聚光器的运行轨迹数据分析显示抛物槽式聚光器的全年最大运行速率出现在冬至日的正午时刻,达到0.398°/min。该研究可以为抛物槽式太阳能聚光器的传动机构设计提供理论依据。     

水产品热泵干燥装置性能参数的理论分析

为了降低水产品干燥加工能耗,该文以能源效率和除湿能耗比为指标,对热泵干燥装置性能参数的影响因素进行了分析。根据水产品干燥特性和亚热带地区气候特点,首先对开式热泵干燥系统和闭式热泵干燥系统的能源效率进行了比较;然后以闭式热泵干燥装置为例,对其除湿能耗比的影响因素进行了分析。结果表明,闭式热泵干燥装置的能源效率为2.52,而开式热泵干燥装置的能源效率为2.39,两者相差不大;蒸发温度和冷凝温度对热泵干燥系统的除湿能耗比均有明显的影响,其中蒸发温度的影响尤为显著;为了提高除湿能耗比,可提高蒸发温度和降低冷凝温度。     

日光温室用双集热管多曲面槽式空气集热器性能试验

为了提高日光温室太阳能利用率,该研究提出了一种新型双集热管多曲面槽式空气集热器,并与该研究团队提出的日光温室太阳能主-被动"三重"结构相变蓄热通风墙体相结合构成太阳能主动集热蓄热系统,应用于乌鲁木齐日光温室。基于光学与传热学理论,重点考察了集热器结构(双集热管相对位置、长度)、集热器内空气流速、集热器进口温度、太阳辐射强度等参数,对该集热器光学性能和集热性能的影响规律。大量实验室试验及现场应用研究结果表明:1)新型双管集热器与同类型的单管集热器相比,空气流量增加了一倍、单位面积集热量增加了16%、集热效率提高了9%,冬季无跟踪条件下的集热效率为44%~52%;2)2015年11月-2016年2月乌鲁木齐日光温室应用实测结果表明,在集热器长度为16 m、管内空气流速为2.0 m/s的条件下,晴天集热系统可为日光温室提供约50~65 MJ的太阳热能,冬季累计可提供约5 325 MJ的太阳热能。研究结果为日光温室高效利用太阳能主动供热提供了新的技术方法参考。