太阳能辅助热泵干燥监测系统设计与性能试验

论文摘要

随着世界人口的增长、经济的快速发展，人类对能源的需求将持续增长。干燥是一项高能耗的工艺过程，在工业生产中干燥能耗高达12%，占全部生产费用的60%-70%。因此，干燥面临的问题是保证产品质量的前提下尽量减少其能耗。热泵技术应用于干燥具有显著节能效果，但其通常消耗优质电能，需要消耗大量化石型能源。太阳能是一种清洁的可再生资源，太阳能辅助热泵干燥，不仅可以节能减排，而且能克服两者的缺点，达到优势互补的效果。热泵干燥是干燥介质外循环与热泵工质内循环的复杂耦合过程，热泵干燥参数诸如温度、相对湿度的变化将影响整个干燥过程，因而对这些参数的监控是有必要的。通过对基于单片机或PLC及个人计算机的热泵干燥测控系统研究，提出设计热泵干燥参数监测系统。设计了一套基于LabVIEW的热泵干燥在线监测系统，笔记本电脑为主机，CompactDAQ平台（其上有NI9205模拟输入模块）为从机，DS温湿度变送器实时监测，并在电脑屏幕上直观显示参数变化，实现热泵干燥参数监测并自动记录功能。该监测系统具有扩展性强、便携性、人机交互性好等特点。基于原有温室型太阳能辅助热泵干燥装置，进出管道安装温湿度变送器，组成太阳能辅助热泵干燥在线监测系统。在晴天和阴天下，以棉布和白萝卜为试验材料，分别进行有、无太阳能辅助的热泵干燥性能试验。14kg湿棉布干燥2h，太阳能辅助热泵干燥（SAHPD）和热泵干燥（HPD）最大除湿量6.15kg和4.45kg；最大系统单位能耗除湿量（SMER）值1.66kg/kW·h和1.31kg/kW·h。10.5kg白萝卜干燥5h，SAHPD和HPD最大除湿量8.7kg和7.5kg；最大系统SMER值分别为0.95kg/kW·h和0.88kg/kW·h。其中，SAHPD和HPD前2h的最大除湿量为5.4kg和3.55kg，所对应最大系统SMER值1.44kg/kW·h和1.023kg/kW·h。在相同物料及质量和干燥2h下，SAHPD比HPD的单位时间除湿量（MER）值要高40%左右，能有效缩短干燥时间；相同条件下，SAHPD系统SMER值要比HPD高30%左右，即消耗等量的电能，SAHPD能处理更多的湿物料，节能效果显著。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 国外相关研究
• 1.2.2 国内相关研究现状
• 1.3 研究主要内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 热泵干燥参数测控系统研究
• 2.1 热泵干燥基本原理
• 2.1.1 热泵系统制冷循环
• 2.1.2 干燥系统空气循环
• 2.2 热泵干燥参数的调控
• 2.2.1 热泵干燥调控目的
• 2.2.2 热泵系统运行理想状态
• 2.2.3 热泵干燥调控的目标
• 2.3 热泵干燥参数调控方法
• 2.3.1 干燥器中传热传质过程调控
• 2.3.2 循环空气处理过程调控
• 2.3.3 热泵除湿过程调控
• 2.4 热泵干燥测控实例
• 2.4.1 热泵干燥单片机测控系统
• 2.4.2 热泵干燥PLC测控系统
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于 LabVIEW 的热泵干燥参数监测系统设计
• 3.1 监测系统总体方案
• 3.1.1 系统需求分析
• 3.1.2 监测系统组成
• 3.2 系统硬件
• 3.2.1 采集用传感器
• 3.2.2 信号调理
• 3.2.3 采集设备
• 3.2.4 计算机
• 3.3 系统软件
• 3.3.1 LabVIEW软件
• 3.3.2 NI-DAQmx驱动程序
• 3.3.3 VISA库
• 3.3.4 采集程序编写
• 3.4 监测系统连接
• 3.4.1 硬件连接与调试
• 3.4.2 采集系统调试
• 3.5 采集系统评估
• 3.5.1 精度评估
• 3.5.2 系统稳定性评估
• 3.5.3 其他
• 3.6 本章小结
• 第4章 太阳能辅助热泵干燥试验装置
• 4.1 装置总体组成
• 4.2 热泵除湿系统
• 4.2.1 蒸发器
• 4.2.2 冷凝机组
• 4.2.3 干燥室
• 4.2.4 循环风机
• 4.3 太阳能辅助供热系统
• 4.4 热泵干燥参数监测系统
• 4.4.1 变送器安装
• 4.4.2 变送器与采集平台
• 4.4.3 采集平台与计算机连接
• 4.5 试验装置供电系统
• 4.5.1 热泵干燥装置供电
• 4.5.2 热泵干燥监测系统供电
• 4.6 本章小结
• 第5章 太阳能辅助热泵干燥性能试验
• 5.1 试验材料
• 5.1.1 试验原料
• 5.1.2 材料预处理
• 5.1.3 湿棉布与白萝卜含水特性
• 5.2 试验方法
• 5.2.1 除水量测定
• 5.2.2 含水率测定
• 5.2.3 电能耗测定
• 5.2.4 环境温度测定
• 5.2.5 温湿度测定
• 5.2.6 试验数据处理
• 5.2.7 试验和天气条件
• 5.3 热泵干燥综合性能指标
• 5.3.1 单位能耗除湿量
• 5.3.2 单位时间除湿量
• 5.3.3 热泵系统性能系数
• 5.4 结果与分析
• 5.4.1 试验结果
• 5.4.2 太阳能辅助热泵干燥运行特性
• 5.4.3 太阳能辅助热泵干燥综合性能指标
• 5.5 结论
• 5.5.1 单位时间除湿量
• 5.5.2 系统单位能耗除湿量
• 5.5.3 系统性能系数
• 5.5.4 应用范围及推广价值
• 5.6 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 本研究创新点
• 6.3 问题与展望
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士期间发表论文和科研情况
• 参考文献