【正文】 ..... 33 寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁 1 前 言 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的目的、意義 畢業(yè)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用本學(xué)科的基本理論、專業(yè)知識和基本技能，提高分析與解決實(shí)際問題 的能力，完成工程師的基本訓(xùn)練和初步培養(yǎng)從事科學(xué)研究工作的重要環(huán)節(jié)。 (2) 融匯、貫通幾年里所學(xué)習(xí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識和專業(yè)理論知識。將收劑好的農(nóng)作物置于太陽下曝曬脫水干燥或是采用煤、木炭等在室內(nèi)烘制以便長期保存， 是 人類利用太陽能歷史最悠久、應(yīng)用最廣泛 的技術(shù)。 這 種傳統(tǒng)的方法干燥效率低、周期長、占地面積大，易受風(fēng)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(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，造成損失。它是一個(gè)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(dá) 4000 萬度。 太陽向宇宙空間發(fā)射的輻射功率位 1023kW 的輻射值，其中 20 億分之一到達(dá)地球大氣層?；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(chǎn)生的影響日益為人們所關(guān)注。特別是青藏高原中南部地區(qū)，年平均達(dá) 670~849 萬 KJ/。 太陽能即是一次能源又是可再生能源。只有當(dāng)能量裝置的表面的單位造價(jià)相當(dāng)便宜時(shí)，才能經(jīng)濟(jì)合算的使用。 這兩大缺點(diǎn)大大的限制了太陽能的有效利用。有的行業(yè)如木材干燥的能耗，約占企業(yè)總能耗的 40％－70％。我國有較豐富的太陽能資源，約有 2/3 的國土年輻射時(shí)間超過 2200 小時(shí)，年輻射總量超過 5000MJ/m2 。全國以四川和貴州兩省及重慶市的太陽年輻射總量最小，尤其是四川盆地最低。將收劑好的農(nóng)作物置于太陽下曝曬脫水干燥或是采用煤、木炭等在室內(nèi)烘制以便長期保存，是我國農(nóng)村長期沿用的干燥法。 再次，干燥過程完全憑借個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，由于外界環(huán)境波動(dòng)較大，造成農(nóng)作物的營養(yǎng)成分大量流失，嚴(yán)重影響干燥品質(zhì)。 太陽能干燥技術(shù)利用現(xiàn)狀 到現(xiàn)在 人類利用太陽能歷史最悠久、應(yīng)用最廣泛的應(yīng)屬太陽能干燥。這種傳統(tǒng)的方法干燥效率低、周期長、占地面積大，易受風(fēng)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(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，造成損失。當(dāng)前利用太陽能最成功的方式，要算光熱轉(zhuǎn)換類型了。 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(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。它們結(jié)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。我國各地試驗(yàn)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(jié)合型、整體式和拋物面聚光型等。尤其在山西 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。 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(jìn)行了干燥的試驗(yàn)和應(yīng)用。 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(gè)整體。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(jìn)氣口補(bǔ)充的新鮮空氣回流，再次進(jìn)入干燥室減少排氣熱損失。 集熱器型太陽能干燥系統(tǒng) 寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁 集熱器型干燥系統(tǒng)，將集熱器與干燥寶分開。 集熱器多系用平板型空氣集熱器，作干燥系統(tǒng)的集熱器。另有面積為350m2的空氣集熱器，供應(yīng)卵石蓄熱器。 這個(gè)系統(tǒng)的典型工程狀是：從上午 9 時(shí)到下午 4 時(shí)，由 1885m2 的太陽能空氣集熱器向干燥室供熱。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)。 空氣集熱器與地面成 30 度傾角（即當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥龋?，四周用角鋼作骨架，底面和?cè)面用兩層鋼板焊接，蓋板為普通玻璃，集熱器內(nèi)放三層涂以里涂料的鋼絲網(wǎng)，和少量的鐵屑做為吸熱體。常規(guī)干燥時(shí)，一個(gè)周期 12 小時(shí)，利用太陽能干燥僅用 小時(shí)，太陽能干燥的中成藥符合國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還減少了環(huán)境污染。 必須依靠動(dòng)力設(shè)備才能保證廢氣回收的正常進(jìn)行。 “太陽能空氣集熱器的研究”也列為“七五”科技攻關(guān)項(xiàng)目的課題。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(xì)致，通過流型試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)波紋流道的波谷中仍存在旋渦死區(qū)，不利于強(qiáng)化傳熱。為了驗(yàn)證這些數(shù)據(jù)又進(jìn)行了空氣集熱器室外試驗(yàn)，進(jìn)一步證實(shí)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。此外，天津大學(xué)還對拉網(wǎng)床太陽能空氣集熱器進(jìn)行了較全：面的分析和實(shí)驗(yàn)研究，并提出了采用單層蓋板和雙層蓋板分別適用的范圍。研究結(jié)果認(rèn)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(fēng)機(jī)功耗，應(yīng)當(dāng)采取強(qiáng)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(dòng)態(tài)模型。生產(chǎn)空氣集熱器的沖壓模具全套配齊，形成了批量生產(chǎn)的能力。這幾個(gè)單位都致力于太陽能空氣集熱器定型設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)商品化和小批量生產(chǎn)。到目前發(fā)表設(shè)計(jì)了許多種集熱器。此種集熱器的結(jié)構(gòu)簡單，不需要太陽能跟蹤裝置，故障少，維護(hù)管理方便。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(yīng)的減少了熱損失。雖然他在許多太陽寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁 能應(yīng)用項(xiàng)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。 1986 年農(nóng)業(yè)部把本項(xiàng)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法的研究和制定列為“七五”國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目。這就使我國有了統(tǒng)一的測試標(biāo)準(zhǔn)來對空氣集熱器進(jìn)行試驗(yàn)、評價(jià)和鑒定，這對于太陽能空氣集熱器的研究、商品化生產(chǎn)以及熱性能的改進(jìn)均具有很大的指導(dǎo)意義。能效率是指收集到的熱能與消耗的機(jī)械功（泵耗）之差占達(dá)到集熱面上輻射能的份額，即能量的凈收益。我國幅員遼闊，太陽能資源豐富，而農(nóng)村的燃料缺乏，城市的能源也很緊張。如果只用于一種產(chǎn)品寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁 的干燥，干燥裝置的利用率就很低。 加強(qiáng)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(shù)是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容之一。因此要加強(qiáng)加強(qiáng)混合型太陽能干燥的開發(fā)研究和推廣工作。 研制出高效率、低成本的空氣集熱器 因?yàn)槭顷P(guān)鍵部件，結(jié)合我國的實(shí)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(jīng)濟(jì)的發(fā)展有很大的 幫助。美國 ANSYS 公司研制了大型通用有限元分析（ FEA）軟件。其基本思想就是將結(jié)構(gòu)離散化，用有限個(gè)單元來表示復(fù)雜的對象。 ANSYS 是融結(jié)構(gòu)，流體，電場，磁場，聲場分析于一體，以有限元分析為基礎(chǔ)的大型通用 CEA 軟件，以廣泛應(yīng)用于機(jī)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(xué)研究。前處理模塊主要提供了強(qiáng)大的實(shí)體建摸及網(wǎng)格劃分工具，用戶可方便地構(gòu)造有限元模型。 APDL 是 ANSYS 內(nèi)嵌式的命令流式程序設(shè)計(jì)語言。APDL 允許復(fù)雜的數(shù)據(jù)輸入，但用戶實(shí)際上對任何設(shè)計(jì)或發(fā)分析屬性有控制權(quán)，例如尺寸，材料，載荷，約束位置和網(wǎng)格密度， APDL 擴(kuò)展了更高級的運(yùn)算，包括靈敏度研究，零件參數(shù)化建模設(shè)計(jì)修改及優(yōu)化設(shè)計(jì)。防止灰塵和雨水對吸熱板的破壞。 此可見在設(shè)計(jì)集熱器時(shí)，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。只有 7， 8， 9 三個(gè)月使用，一層即可滿足要求。 ：由金屬或非金屬制成各種不同的截面形狀。 ：用來支持及固定透明蓋板 — 吸熱板，是集熱器的骨架應(yīng)具有 一定的機(jī)械強(qiáng)度，良好的水密封性和耐腐蝕性能。太陽輻射強(qiáng)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。朝南安裝即可。如要求夏季獲得最大的日射量，則傾角要比當(dāng)?shù)鼐暥刃?10186。 寧夏的緯度近似取為 38186。=27186。集熱器的材料對其熱效率，壽命和成本都有密切的關(guān)系，因此在選用集熱器材料的時(shí)候，必須進(jìn)行周密的考慮。老化慢，壽命長。單個(gè)玻璃面積為 5 毫米的普通平板玻璃 ,屬于七類玻璃 [7]。集熱器的性能好壞除了合理的結(jié)構(gòu) 以外，吸熱板的材料起著重要的作用。 （ 4）、加工性能良好，以便工廠進(jìn)行大量生產(chǎn)。壓制成 60186。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(hù)。C 肖式 120 5,6mm厚 ≤82 線脹系數(shù) 8 10? 6/k 抗壓強(qiáng)度 88093MPa 熱導(dǎo)率 ~寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁 器的集熱效率 ? s 越高。而且，在提高 ? s 的同時(shí)又要降低 ε，則會使涂層工藝變的十分復(fù)雜，成本也很高。厚度在 7~10 微米。為了減少在能量的收集，運(yùn)輸和貯存過程中的損失，對系統(tǒng)中所有設(shè)備和裝置都必須采取保溫措施。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。（ 5）價(jià)格便宜來源方便 [9]。所以我要對他進(jìn)行防腐處理，而且要壓實(shí)了以便安裝。因此有以下特性：（ 1）具有一定剛度和強(qiáng)度，集熱器安裝在支架上，要求外殼材料能承受 整個(gè)集熱器的重量，不破壞，不變形。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。鍍膜成本高，效果好；涂漆成本低但是易脫落 [11]。為了減少自吸熱板上的輻射 損耗。 空氣集熱器的結(jié)構(gòu) 寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁 空氣通道外殼保溫層玻璃蓋板波紋集熱板 圖 32空氣集熱器的結(jié)構(gòu) 圖 33初步設(shè)計(jì)帶有支架的集熱器 圖 34為太陽能空氣集熱器單元結(jié)構(gòu)圖 寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁 圖 35為用單元拼裝的太陽能空氣集熱器 我的設(shè)計(jì)的 solidworks 裝配圖 及零件圖 圖 36 裝配圖 寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁 圖 37 裝配圖 圖 38波浪形鐵皮制集熱板 寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁 圖 39集熱板另外一面（涂有瀝青 以此更好吸熱） 圖 310透明蓋波 20塊 寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁 圖 311集熱器內(nèi)部，銀白色部分為內(nèi)襯 （鋁箔） 寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁 4 空氣集熱器的集熱性能分析 熱載體空氣的相關(guān)參數(shù)及集熱器的相關(guān)數(shù)據(jù) 寧 夏 回 族 自 治 區(qū) 的 年 太 陽 輻 射 約 6000~8000MJ/m3, 天 輻 射 量~24MJ/M3 空氣的密度約為 千克 /米 3 空氣的動(dòng)力黏度約為 ， 空氣進(jìn)入集熱器的速度為 ， ， ， 不做等流溫度場的模擬，假設(shè)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/ 太陽輻射 300W/ m2.， 空氣的導(dǎo)熱系數(shù) W/m2K， 空氣的比熱按恒定值 集熱板溫度設(shè)為 373K 即 100186。供后續(xù)分析計(jì)算。在流體分析中網(wǎng)格的質(zhì)量影響著流體場，溫度場的求解。分析一個(gè)結(jié)構(gòu)前必需定義邊界條件。即是 373K。下面是溫度的整體分布圖和局部放大的溫度分布圖像。C— 53186。C— 76186。C— 80186。有些可在實(shí)踐中來進(jìn)一步完善。經(jīng)濟(jì)型和實(shí)用性都比較好，該設(shè)計(jì)為單個(gè)箱體，可以將其量產(chǎn)并且組合在一起，這樣可以更加高效 。從老師身上不僅學(xué)到了理論知識，更多的是待人接物與為人處世的道理。也感謝各位老師和同學(xué)，祝愿大家以后工作順利。本文對許多最新發(fā)展的單效和多效太陽能蒸餾器進(jìn)行了整體評論和技術(shù)評估。對鹽水或海水脫鹽處理取得淡水滿足了社會基本的需求。但是，這些技術(shù)只能產(chǎn)生少量的淡水，因而是昂貴的。太陽能蒸餾器的產(chǎn)量和熱效率，以此來最小化產(chǎn)水費(fèi)用。這種方法要通過兩個(gè)或多個(gè)階段實(shí)現(xiàn)，一般叫做多效太陽能蒸餾系統(tǒng)。多效蒸餾器的發(fā)展會在第 3 部分進(jìn)行闡述。這些技術(shù)在下面會被闡述和歸納。另一方面，單斜面的有較少的對流和輻射損失，而寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 47 頁 目，遮光區(qū)可進(jìn)行額外的凝結(jié)。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(dá)到。 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(nèi)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 176。作者指出 :把蒸汽從蒸餾器趕到附加冷凝器的一個(gè)功能，蒸餾器的效率提高了 45%。 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。幕芯式的優(yōu)點(diǎn)是可以保持鹽水盡可能的淺 (在低熱容下 )，從而防止干涸。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(fù)荷，降低玻璃板的溫度，從而增加蒸發(fā)量。 :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(chǎn)量總是高于常規(guī)的盤式蒸餾器。 5．經(jīng)濟(jì)分析 :Tiwari 和 Yadav 給出了多幕芯太陽能蒸餾器的經(jīng)濟(jì)分析，綜合參考了各種因素，即系統(tǒng)壽命、系統(tǒng)利用價(jià)值、利率和維修費(fèi)用。從而導(dǎo)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