相变储热太阳能木材干燥装置设计及性能研究

论文摘要

传统太阳能干燥的空气集热器热效率低,间歇性供热,强度不能维持常量,而带有储热系统的干燥装置多采用混凝土、天然沸石等通过显热储热的方式来存储热量,这种储热方式体积大,热效率还比较低。相变储热以高储能密度、易于运行系统匹配、易控制日益成为储热系统的首选方式。相变储热技术的应用使得太阳能木材干燥具有更为广阔的应用前景。该文从理论计算入手,设计了新型相变储热木材太阳能干燥装置,并完成了设备研制及性能测试,为进一步开展木材太阳能干燥技术的研究及工业化应用提供理论指导与参考。主要研究结果如下：(1)该装置采用热管真空管作为太阳能空气集热器的组成单元,叉排铝管石蜡管束作为储热单元,兼有自动和手动控制及数据自动采集系统,可自动实施无动作、储热、集热器供热、储热系统供热、辅助加热器供热五种工作模式。(2)集热器出风口最高温度64.8℃,平均功率为0.572kW,瞬时热效率为56%,供热效率在70%以上,最高总效率为76.1%。(3)选用相变温度区间为48～54℃的石蜡作为相变储热材料,储热系统的换热系数为26.4 W／m2·℃；储热效率为58.8～74.4%,平均储热效率为66.5%；储热密度为54.5 MJ／m3。(4)以厚度为35mm的杉木为试材,从初含水率72.7%干至终含水率13.5%只用了99h,相比大气干燥,缩短了111 h,干燥速率提高了1.12倍。相比常规蒸汽干燥,节能率为71.2%。(5)首次推导了储热系统中储热材料用量和木材材积的配比关系式,即：

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 1.1 中国的能源环境现状
• 1.2 我国木材干燥的能耗
• 1.3 我国的太阳能资源
• 1.3.1 我国太阳能资源的分布
• 1.3.2 太阳能资源的特点
• 1.4 太阳能干燥应用及研究概况
• 1.4.1 木材太阳能干燥的原理
• 1.4.2 国外应用及研究概况
• 1.4.3 国内应用及研究概况
• 1.4.4 太阳能干燥的特点
• 1.5 储热技术的研究概况
• 1.5.1 储热方式及储热物质
• 1.5.2 国内外的研究现状
• 1.6 储热技术在木材太阳能干燥上的应用研究
• 1.7 研究目的与意义
• 1.8 研究内容
• 2 相变储热木材太阳能干燥装置的理论设计
• 2.1 太阳能干燥装置的总体方案
• 2.1.1 干燥材积量的确定
• 2.1.2 集热器的选用
• 2.1.3 干燥装置的组成
• 2.2 木材水分蒸发量的计算
• 2.2.1 计算所需参数
• 2.2.2 一个周期内从木材内蒸发出的水分量
• 2.2.3 单位时间从木材内蒸发出的水分量
• 2.3 干燥过程中热量消耗计算
• 2.3.1 用于计算的介质参数
• 2.3.2 木材预热阶段的耗热量
• 2.3.3 木材蒸发阶段的耗热量
• 2.3.4 干燥箱壳体的热损失
• 2.3.5 干燥箱内的耗热量
• 2.4 储热系统的设计计算
• 2.4.1 储热装置储热量
• 2.4.2 储热材料量
• 2.4.3 储热单元数
• 2.4.4 集热器为储热箱供热的平均功率
• 2.5 集热器的设计计算
• 2.5.1 集热器需提供的热量
• 2.5.2 集热管的数量
• 2.6 辅助加热系统
• 2.7 空气动力计算
• 2.7.1 新鲜空气量和循环空气量的计算
• 2.7.2 干燥箱内的阻力计算
• 2.7.3 集热器内的压力损失
• 2.7.4 储热箱内的压力损失
• 2.7.5 管路压力损失
• 2.7.6 不同供热循环的压力损失
• 2.8 风机的选择
• 2.9 干燥装置主要设备参数
• 2.10 本章小结
• 3 干燥装置的组成及控制方案
• 3.1 相变储热木材太阳能干燥装置组成
• 3.1.1 集热器
• 3.1.2 干燥箱
• 3.1.3 储热系统
• 3.1.4 辅助加热器
• 3.1.5 自动和手动控制系统
• 3.1.6 移动机构
• 3.2 工作模式
• 3.3 干燥装置的特点
• 3.4 本章小结
• 4 集热器的性能研究
• 4.1 实验设备
• 4.2 实验步骤
• 4.3 实验分析与结果
• 4.3.1 集热器温升
• 4.3.2 集热器热效率
• 4.3.3 集热器瞬时功率
• 4.3.4 集热器总效率
• 4.4 本章小结
• 5 储热系统的性能研究
• 5.1 储热材料的物性测定
• 5.1.1 相变材料相变区间的测定
• 5.1.2 相变材料膨胀率的测定
• 5.2 储热系统换热系数的测定
• 5.2.1 实验材料
• 5.2.2 实验设备
• 5.2.3 实验原理
• 5.2.4 实验步骤
• 5.2.5 实验结果与分析
• 5.3 储热系统的储能效率和储能密度
• 5.4 本章小结
• 6 干燥系统的性能研究
• 6.1 干燥箱内温度测试
• 6.1.1 干燥箱温度均一性测试
• 6.1.2 干燥箱控温能力测试
• 6.1.3 装置内温度影响因素分析
• 6.2 干燥木材的性能测试
• 6.2.1 实验材料
• 6.2.2 实验设备
• 6.2.3 实验方法
• 6.2.4 实验结果与分析
• 6.3 经济与社会效益
• 6.3.1 干燥能耗对比
• 6.3.2 社会效益
• 6.4 本章小结
• 7 储热材料量与木材材积的优化配比
• 7.1 理论配比
• 7.2 实验测定
• 7.2.1 实验设备
• 7.2.2 实验方法与步骤
• 7.3 理论预测与实验测定对比
• 7.4 本章小结
• 8 结论与建议
• 8.1 主要结论
• 8.2 创新点
• 8.3 建议
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 获得成果目录
• 致谢
• 附录