太陽能干燥含水結(jié)晶硫酸銅技術(shù)的研究

【摘要】： 干燥是產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的重要工序之一,同時也是我國的耗能大戶之一,且污染嚴重。而太陽能是一種潔凈且可再生的新能源,以其代替常規(guī)能源來加熱干燥介質(zhì),可以很好地解決過去干燥過程中高能耗,污染大等問題,節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢明顯。本文結(jié)合企業(yè)合作項目,針對目前無機鹽化工干燥行業(yè)中使用的干燥工藝所存在的能耗高、環(huán)境污染嚴重等問題,以結(jié)晶硫酸銅為代表,提出太陽能干燥結(jié)晶硫酸銅技術(shù)。并從實驗和理論兩個角度對太陽能加熱下的結(jié)晶硫酸銅的傳熱傳質(zhì)過程進行研究。 為探究結(jié)晶硫酸銅的干燥特性,確定各因素對結(jié)晶硫酸銅傳熱和傳質(zhì)過程的影響規(guī)律,本文根據(jù)結(jié)晶硫酸銅干燥工藝的特點和要求,設(shè)計、搭建了一套太陽能干燥裝置,并進行了一系列干燥試驗。試驗結(jié)果表明:采用太陽能干燥結(jié)晶硫酸銅是可行的。同時,試驗結(jié)果還表明:太陽輻射強度、環(huán)境溫濕度、物料層厚度對干燥過程均有影響。其中,環(huán)境相對濕度是影響結(jié)晶硫酸銅干燥速率的突出因素;太陽輻射強度較大程度地影響干燥過程中結(jié)晶硫酸銅的溫度變化。同時對試驗數(shù)據(jù)進行回歸分析,結(jié)果表明Page模型方程能夠更好地描述結(jié)晶硫酸銅的薄層干燥規(guī)律。 本文根據(jù)傳熱傳質(zhì)理論,建立了結(jié)晶硫酸銅在太陽能加熱條件下的非穩(wěn)態(tài)傳熱傳質(zhì)方程。并對計算過程中需要用到的一些參數(shù),如結(jié)晶硫酸銅的導(dǎo)熱系數(shù)、熱擴散系數(shù)、密度、比熱以及對流換熱系數(shù)和輻射換熱系數(shù)等,通過試驗及經(jīng)驗公式進行了測定分析。本文借助MATLAB軟件及ANSYS的熱分析功能模擬了結(jié)晶硫酸銅在太陽能加熱條件下的濕度場和溫度場分布情況。并將數(shù)值模擬結(jié)果與試驗結(jié)果進行對比。經(jīng)驗證,模擬結(jié)果與實測結(jié)果吻合良好,說明所建立的物料傳熱傳質(zhì)模型符合結(jié)晶硫酸銅的干燥機理。另外,利用該模型定量地分析了干燥過程中各參數(shù)對干燥過程中熱濕傳遞的影響。分析結(jié)果為太陽能干燥結(jié)晶硫酸銅工藝的優(yōu)化提供必要的科學(xué)依據(jù)。 另外,本文與常規(guī)能源進行比較,對平均日產(chǎn)量為2噸/天的200m2的結(jié)晶硫酸銅太陽房干燥系統(tǒng)進行節(jié)能及環(huán)境效益評價。對比結(jié)果表明:采用太陽能干燥結(jié)晶硫酸銅,每年節(jié)省燃煤量約40.83噸;同時減少CO2總排放量129.65噸,節(jié)能與環(huán)保效應(yīng)顯著。 本研究為今后太陽能干燥技術(shù)在無機鹽化工干燥行業(yè)的應(yīng)用提供了一定的理論依據(jù)與技術(shù)支持。這也是本論文研究的意義所在。 【關(guān)鍵詞】：太陽能干燥 結(jié)晶硫酸銅 輻射對流 傳熱傳質(zhì) 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TQ131.21
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 課題的研究背景和意義12-13
• 1.2 太陽能干燥概述13-16
• 1.2.1 太陽能干燥的特點13
• 1.2.2 太陽能干燥裝置的類型13-15
• 1.2.3 太陽能干燥研究進展15-16
• 1.3 結(jié)晶硫酸銅概述16-17
• 1.3.1 結(jié)晶硫酸銅的性質(zhì)與用途16-17
• 1.3.2 目前使用的干燥工藝17
• 1.4 干燥過程熱質(zhì)傳遞理論的研究動態(tài)17-19
• 1.5 課題的主要研究內(nèi)容19-20
• 第二章 太陽能干燥結(jié)晶硫酸銅工藝的試驗研究20-40
• 2.1 太陽能干燥基本理論20-24
• 2.1.1 濕物料的含水率20
• 2.1.2 干燥過程除濕量20
• 2.1.3 濕物料的分類20-21
• 2.1.4 干燥速率21-22
• 2.1.5 干燥曲線22-23
• 2.1.6 太陽能干燥裝置的熱效率23-24
• 2.2 結(jié)晶硫酸銅干燥試驗24-26
• 2.2.1 試驗?zāi)康?/span>24
• 2.2.2 試驗原料24
• 2.2.3 試驗裝置與測試儀表24-26
• 2.2.4 試驗流程26
• 2.3 試驗結(jié)果及分析26-35
• 2.3.1 太陽輻射強度的動態(tài)變化27
• 2.3.2 試驗裝置溫升情況27-29
• 2.3.3 熱效率分析29
• 2.3.4 結(jié)晶硫酸銅干燥速率的變化規(guī)律29-34
• 2.3.5 物料層內(nèi)部溫度變化規(guī)律34-35
• 2.4 薄層干燥方程的建立35-37
• 2.5 太陽能干燥結(jié)晶硫酸銅工藝的環(huán)保節(jié)能分析37-39
• 2.5.1 節(jié)省化石能源37-38
• 2.5.2 環(huán)保效益分析38-39
• 2.6 本章小結(jié)39-40
• 第三章 輻射對流邊界下結(jié)晶硫酸銅傳熱傳質(zhì)模型的建立40-55
• 3.1 干燥過程的傳熱傳質(zhì)理論40-42
• 3.1.1 熱傳遞的方式40-41
• 3.1.2 導(dǎo)熱微分方程及定解條件41-42
• 3.1.3 Fick定律42
• 3.2 太陽輻射加熱條件下的干燥傳熱模型的建立42-46
• 3.2.1 傳熱模型的假設(shè)條件42-43
• 3.2.2 傳熱數(shù)學(xué)模型的分析建立43-44
• 3.2.3 物料上表面輻射-對流耦合傳熱機理分析44-46
• 3.2.4 定解條件46
• 3.3 太陽輻射加熱條件下的干燥傳質(zhì)模型的建立46-49
• 3.3.1 擴散微分方程的建立46-47
• 3.3.2 定解條件47
• 3.3.3 箱內(nèi)濕平衡方程的建立47-49
• 3.4 模型中相關(guān)參數(shù)的確定與計算49-53
• 3.4.1 結(jié)晶硫酸銅導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴散系數(shù)49-51
• 3.4.2 綜合換熱系數(shù)51-52
• 3.4.3 水分擴散系數(shù)52-53
• 3.4.4 對流傳質(zhì)系數(shù)53
• 3.5 本章小結(jié)53-55
• 第四章 干燥過程中傳熱傳質(zhì)數(shù)學(xué)模型的數(shù)值計算55-63
• 4.1 干燥過程傳質(zhì)模型的數(shù)值模擬55-59
• 4.1.1 數(shù)學(xué)模型的離散化分析55-58
• 4.1.2 傳質(zhì)問題的MATLAB求解58-59
• 4.2 干燥過程傳熱模型的數(shù)值模擬59-62
• 4.2.1 ANSYS熱分析的基本理論59-60
• 4.2.2 結(jié)晶硫酸銅溫度場的有限元分析步驟60-62
• 4.3 本章小結(jié)62-63
• 第五章 結(jié)晶硫酸銅干燥過程的模擬結(jié)果分析63-83
• 5.1 模擬結(jié)果與試驗結(jié)果的分析對比63-69
• 5.1.1 傳質(zhì)過程數(shù)值模擬結(jié)果的分析驗證63-65
• 5.1.2 傳熱過程數(shù)值模擬結(jié)果的分析驗證65-68
• 5.1.3 誤差分析68-69
• 5.2 各參數(shù)對干燥過程的影響69-82
• 5.2.1 外部因素對干燥過程的影響69-78
• 5.2.2 內(nèi)部因素對干燥過程的影響78-82
• 5.3 本章小結(jié)82-83
• 結(jié)論與展望83-85
• 參考文獻85-90
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果90-91
• 致謝91

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