【文章內(nèi)容簡介】 路或廢氣部分回收等方式的 晝夜連續(xù)操作，太陽能保證率達 83%。 此種系統(tǒng)的特點 ： 空氣熱量在干燥過程中利用比較充分，因此干燥效率比較高。 廢氣回收，使工質(zhì)空氣溫含量增加的同時，空氣循環(huán)量增加，較高的氣流速度，不但可以補償由于干燥推動力減少即造成的干燥過程速度下降，而且使干燥物料的質(zhì)量得以保證。 必須依靠動力設(shè)備才能保證廢氣回收的正常進行。 這種干燥系統(tǒng)可使干燥作業(yè)在空氣相對溫度范圍變化不大情況下進行，而且干燥過程氣溫變化不大，干燥速度比較均勻，因此特別適合即些只能在濕空氣下進行干燥的作業(yè)，如農(nóng)產(chǎn)品、食品、橡膠 、皮革的干燥等。 太陽能空氣集熱器 與研究 太陽能空氣集熱器是一種利用太陽能把空氣加熱升溫的裝置，把熱風(fēng)送入裝有物料的干燥室，就組成了集熱器型干燥器?？諝饧療崞魇翘柲芨稍锕に囍凶畛Ｓ玫年P(guān)鍵的部件，太陽能空氣集熱器產(chǎn)生的熱風(fēng)也可以用作采暖用途，因此，應(yīng)當作全面的理論分析和實用性研究。 “太陽能空氣集熱器的研究”也列為“七五”科技攻關(guān)項目的課題。清華大學(xué)、天津大學(xué)、華中理工大學(xué)、中國科技大學(xué)、中國科學(xué)院廣州能源研究所、北京市太陽能研究所、上海市能源研究所單位對太陽能空氣集熱器進行了大量的研究工作。主要是研 究各種新型的太陽能空氣集熱器，集熱器的傳熱分析和計算模型，以及太陽能空氣集熱器定型設(shè)計、實現(xiàn)商品化和小批量生產(chǎn)。 清華大學(xué)完成了射流。抽吸式和波紋 抽吸式兩種新型空氣集熱器的研究，他們工作做得很細致，通過流型試驗，發(fā)現(xiàn)波紋流道的波谷中仍存在旋渦死區(qū)，不利于強化傳熱。因此提出了在波谷加上抽吸縫的波紛抽“吸式空氣集熱器。通過測定吸熱板上的溫度分布和流體進出口溫度，得到射流段和抽吸段的傳熱與流阻計算公式。利用這些公式便可算出空氣集熱器的全部性能數(shù)據(jù)。為了驗證這些數(shù)據(jù)又進行了空氣集熱器室外試驗，進一步證實上述兩種空 氣集熱器的熱工性能十分優(yōu)異，并申請了專利。 天津大學(xué)提出既可以加熱水，又可以加熱空氣，或同時能加熱水和空氣的兩用太陽能集熱器。這種集熱器的集熱板由吸熱管和 V 型槽吸熱板組成，吸熱管置于 V 型板的頂部，水在管內(nèi)流動， V 型槽與底部組成的三角形通道為空氣流道。他們以這種集熱器進行了傳熱分析和實驗研究，得出了不同運行狀態(tài)下的瞬時效率公式，并提出雙寧夏大學(xué)機械工程學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 工質(zhì)運行較單工質(zhì)運行有利的結(jié)論。此外，天津大學(xué)還對拉網(wǎng)床太陽能空氣集熱器進行了較全：面的分析和實驗研究，并提出了采用單層蓋板和雙層蓋板分別適用的范圍。 華中理工大學(xué)對空氣集熱器 進行了比較系統(tǒng)的理論分析，并建立了試驗臺架進行實驗研究。分析研究了：四種集熱板結(jié)構(gòu)形式與不同的流道形式（單流道、復(fù)流道、多流道），其流動阻力和傳熱性能，建立了平板型太陽能空氣集熱器的理論計算模型。理論計算與實驗數(shù)據(jù)取得了比較好的一致性。研究結(jié)果認為，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)機功耗，應(yīng)當采取強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，建立了二維動態(tài)模型。 中國科技大學(xué)完成了效率較高的波紋形多孔吸熱 體太陽能空氣集熱器研究。此外，寧夏新技術(shù)應(yīng)用研究所與澳大利亞沃倫港大學(xué)機械系合作，對點播式太陽能空氣集熱器的傳熱與阻力特性進行了較深入的研究，可作為點播式空氣集熱器性能預(yù)測及優(yōu)化設(shè)計參考。 北京市太陽能研究所經(jīng)過幾年的努力，完成了拼裝式空氣集熱器商品化的攻關(guān)任務(wù)，小批量生產(chǎn)了 175 個單元，空氣集熱器面積達 210m2，并設(shè)計了三種標準陣列太陽能空氣集熱器，先后應(yīng)用于長城催化廠的泥胚干燥以及北京林業(yè)大學(xué)的木材干燥。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。廣州能源所對 V 形波紋板空氣集熱器的熱工性能 及其優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了研究，做出佯機并為天津肉聯(lián)廠生產(chǎn)了 110m2 空氣集熱器。此外還研制了交錯波紋板式和單層擴展表面多孔板式空氣集熱器。上海市能源所研制了梯形交錯波紋板式空氣集熱器，并完成了 200m2 太陽能空氣集熱器陣列的設(shè)計。這幾個單位都致力于太陽能空氣集熱器定型設(shè)計、實現(xiàn)商品化和小批量生產(chǎn)。 太陽能集熱器是太陽能利用中的關(guān)鍵部分。是把太陽輻射轉(zhuǎn)換為熱能的設(shè)備。其性能對整個系統(tǒng)的成敗起著決定性的作用。到目前發(fā)表設(shè)計了許多種集熱器。按是否聚光分為平板型和聚光型。 平板型是應(yīng)用最廣的集熱器。它吸收太陽輻射的面 積與采集太陽輻射的面積相等，能利用直射和漫射輻射。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，維護管理方便。如果選用合適的材料，制造工藝又比較先進，那么與其他類型的集熱器相比就具有造價低和性能可靠的優(yōu)點?，F(xiàn)在廣泛用于太陽能熱水系統(tǒng)，在采暖，空調(diào)方面。 聚焦型集熱器利用光學(xué)系統(tǒng)（反射器或折射器）改變光束的方向，是入射輻射聚焦到吸收面上，以提高能流密度。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。因此與平板集熱器相比容易提高集熱器的供熱溫度。但是因為聚焦型集熱器一般不能 收集占太陽總?cè)肷?20%~40%的漫射輻射，而且大多需要安裝跟蹤太陽的裝置。由于聚光系統(tǒng)的復(fù)雜，且需要考慮系統(tǒng)的長期性防塵，抗氧化，大氣腐蝕等，維護不易，而且要保持光學(xué)系統(tǒng)的精確度。雖然他在許多太陽寧夏大學(xué)機械工程學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 能應(yīng)用項目中不可缺少，特別是他的高溫特性，并不是平板集熱器所能代替的。其利用主要是太陽灶。 綜上所述由于寧夏的地域?qū)拸V，而且受到經(jīng)濟條件的限制，我采用平板型的太陽能空氣集熱器的設(shè)計構(gòu)思。 太陽能空氣集熱器測試標準方法 太陽能空氣集熱器是太陽能干燥和主動式太陽房用于收集太陽能的主要關(guān)鍵部件，世界各國都有進行太陽 能空氣集熱器熱性能試驗標準的研究。 1986 年農(nóng)業(yè)部把本項試驗標準方法的研究和制定列為“七五”國家重點科技攻關(guān)項目。在全國不同地區(qū)建成了五個太陽能空氣集熱器試驗臺，裝配有太陽輻射儀、流量計、測溫儀表等儀器設(shè)備。由中國科學(xué)院廣州能源研究所、天津大學(xué)、上海機械學(xué)院、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、上海市能源研究所和清華大學(xué) 6 個單位負責(zé)起草“太陽能空氣集熱器熱性能試驗方法”，并于 1990年完成， 1991年由中國太陽能學(xué)會熱利用專業(yè)委員會發(fā)往我國有關(guān)單位試行。本試驗方法是一份制定國家標準的草案，它全面地科學(xué)地規(guī)定了太陽能空氣集熱 器的熱性能試驗方法，對試驗裝置、試驗條件、試驗程序以及數(shù)據(jù)處理作出了科學(xué)的規(guī)定，對太陽輻射、空氣溫度和流量、進出口壓差、風(fēng)速和太陽入射角的測試方法、測試儀表和測試精度等均提出了明確的要求。這就使我國有了統(tǒng)一的測試標準來對空氣集熱器進行試驗、評價和鑒定，這對于太陽能空氣集熱器的研究、商品化生產(chǎn)以及熱性能的改進均具有很大的指導(dǎo)意義。 熱效率固然是衡量太陽能空氣集熱器性能的一個重要的熱性能指標，但它僅僅表明集熱器獲得的能量與集熱器平面上的輻射能量之比，沒有反映熱能的可利用率是多少。因此，華中理工大學(xué)還引用傭效率的 概念對集熱器性能進行了研究，分析集熱器進口溫度和流量對擁效率的影響，并得出全天最大傭效率的計算公式。他們還提出一個較為全面、合理的綜合指標 —— 能效率去評價集熱器性能。能效率是指收集到的熱能與消耗的機械功（泵耗）之差占達到集熱面上輻射能的份額，即能量的凈收益。指出在流量 60 一 100kg/m2h 及流道高度 2 一 3cm 的范圍內(nèi)，能效率較佳。以能效率為基準，比較了四種回流式空氣集熱器性能，研究了回流式空氣集熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)對能效率的影響，給出了流道高度的部分優(yōu)化結(jié)果和各種回流式空氣集熱器所適用的條件。 太陽能干燥的 展望 太陽能干燥技術(shù)的發(fā)展取決于常規(guī)能源的供應(yīng)情況及其價格、獲得太陽能的成本和太陽能干燥技術(shù)的成熟程度。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。如果能開發(fā)研究出經(jīng)濟而有效的太陽能干燥系統(tǒng)，不容易被人們接受的。但是就目前的太陽能干燥的研究和利用情況還有待完善。 綜合利用太 陽 能干燥系統(tǒng) 目前的太陽能干燥裝置多用于農(nóng)產(chǎn)品的干燥，季節(jié)性很強。如果只用于一種產(chǎn)品寧夏大學(xué)機械工程學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 的干燥，干燥裝置的利用率就很低。因此要研制一種可以多種物料的干燥要求，就可以常年使用了。集熱器型的不干燥時可以做房舍的采 暖，加熱水等。溫室型的可以用來育苗，蘑菇床，畜棚，倉庫等。 加強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)是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容之一。我國 21 世紀能源會議上代表們提議：一是通過太陽能建筑技術(shù)和必要的政策使已經(jīng)具有經(jīng)濟效益的的太陽能熱利用技術(shù)成為廣大民眾住宅的必要組成部分，開拓太陽能利用市場：二是制訂扶持鼓勵政策，加大投資力度，從技術(shù)創(chuàng)新，發(fā)展產(chǎn)業(yè)和培養(yǎng)市場等方面做出努力，在發(fā)展光熱的同時要扶植光電技術(shù)的研究，爭取太陽能技術(shù)的研究和開發(fā)取得新技術(shù)。 太陽能干燥在大規(guī)模的干燥過程 中很少用，主要是干燥的穩(wěn)定性和連續(xù)性有許多問題。若可以解決穩(wěn)定性和連續(xù)性，則干燥技術(shù)在大規(guī)模的工業(yè)產(chǎn)品干燥中將有廣闊的前景。因此要加強加強混合型太陽能干燥的開發(fā)研究和推廣工作。 發(fā)展小型多樣化的太陽能干燥裝置 為了適應(yīng)我國農(nóng)村面積大，需要干燥的產(chǎn)品種類多。干燥的產(chǎn)品從農(nóng)產(chǎn)品到木材，橡膠，泥坯等等很多東西。應(yīng)該開發(fā)出小型多樣化的，成本低的太陽能干燥設(shè)備。 研制出高效率、低成本的空氣集熱器 因為是關(guān)鍵部件，結(jié)合我國的實際情況，就地取材，為廣大的使用者考慮，研制高效的集熱器對經(jīng)濟的發(fā)展有很大的 幫助。 在工程中的使用 優(yōu)化設(shè)計一直是工程界較為關(guān)注的領(lǐng)域。隨著計算機迅猛的發(fā)展。帶動了優(yōu)化設(shè)計的發(fā)展。美國 ANSYS 公司研制了大型通用有限元分析（ FEA）軟件。 ANSYS 是世界范圍內(nèi)增長最快的 CAE 軟件。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中，有限元方法是重要方法之一。有限元方法是當前工程技術(shù)領(lǐng)域中最常用的最有效的數(shù)值計算方法。其基本思想就是將結(jié)構(gòu)離散化，用有限個單元來表示復(fù)雜的對象。單元之間通過節(jié)點相互連接然后根據(jù)邊界條件綜合求解。由于分片近似，可采用較簡單的函數(shù)做近似函數(shù)，有較好的靈活性，適用性和通用性。應(yīng) 用有限元方法進行優(yōu)化設(shè)計可以通過自行編制有限元程序或采用有限元分析軟件來進行。 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。在產(chǎn)品的開發(fā)過程中，分析過程是一項重要工作，其分析必須經(jīng)過不斷的修改，以得到最佳化的效果，而 ANSYS 計算機輔助分析軟件可以幫助解決這一問題。當然，有限元也有它的局限性，比如對于應(yīng)力集中，裂縫體的分析與無限域等的分析都 存在缺陷。 軟件主題包括 3 部分：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。前處理模塊主要提供了強大的實體建摸及網(wǎng)格劃分工具，用戶可方便地構(gòu)造有限元模型。分析計算寧夏大學(xué)機械工程學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進行線性分析，非線性分析和高度非線性分析），流體動力學(xué)分析，電磁場分析，聲場分析，壓電分析，以及多物理現(xiàn)象的耦合分析。后處理模塊在完成計算后可以通過后處理器查看結(jié)果。 它含有參數(shù)化設(shè)計語言 APDL。 APDL 是 ANSYS 內(nèi)嵌式的命令流式程序設(shè)計語言。是 SNSYS 設(shè)計優(yōu)化和自適應(yīng)網(wǎng)格劃分的基礎(chǔ)，同時也具備運算、循環(huán)和選擇等條件的控制特性。 任何復(fù)雜的模型都可以通過 APDL 的二次開發(fā)來達到參數(shù)化建模和分析的統(tǒng)一。的該語言用建立智能分析的手段為用戶提供了自動完成有限元分析過程的能力。APDL 允許復(fù)雜的數(shù)據(jù)輸入，但用戶實際上對任何設(shè)計或發(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 擴展了更高級的運算，包括靈敏度研究，零件參數(shù)化建模設(shè)計修改及優(yōu)化設(shè)計。 寧夏大學(xué)機械工程學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 3 平板型空氣集熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 集熱器的結(jié)構(gòu) 平板型集熱器的基本組成部分： ：由一層或多層透明玻璃組成。 作用是讓太陽輻射透過并減少吸收吸熱面的對流和輻射損失，面蓋性能決定溫室效應(yīng)的強弱。 它讓太陽輻射透過，阻止吸收表面的紅外輻射和減少對流損失，從而保證吸熱板頂部有較好的絕熱性能。防止灰塵和雨水對吸熱板的破壞。對于太陽輻射（它的能量 90%分布在 3 微米以下的光譜區(qū)）它的吸收很少，基本上順利通過，但對來自采熱面 — 它吸收太陽輻射后變熱 的熱輻射（波長在 10 微米左右）。玻璃蓋不允許通過。乍看增加玻璃蓋數(shù)目似乎可減少熱損耗，單玻璃蓋畢竟還有一定的吸收，隨著玻璃層數(shù)的增加，到達采熱器表面的太陽能也減少了 [5]。 此可見在設(shè)計集熱器時，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。夏季使用的一層和二層玻璃效果都差不多。寒冷季節(jié)采用多層是有利的。我所要完成的任務(wù)是要烘干枸杞。只有 7， 8， 9 三個月使用，一層即可滿足要求。選用玻璃是因為它有很好的抗大氣環(huán)境的穩(wěn)定性，機械性能較好，而且價格便宜，但玻璃易打破且較重。玻璃中含有的鐵分越少投射率越高。 5 毫米厚的平板玻璃強度較好。 ：由金屬或非金屬制成