基于太阳能热泵的当归干燥室设计及仿真分析

摘要

岷县气候适宜，是种植和储藏药材的天然宝地。药材当归根是由挥发性和非挥发性成分组成，挥发性成分占的比例高达60%，从古至今因其具有很高的药用价值而被医学名家所推崇。近几年随着药材市场需求的不断扩大，产量也在大幅增加，随着市场需求增大，当归的半成品储藏尤为重要，而半成品储藏之前的干燥处理的好坏是衡量当归实用价值的主要指标之一。为此，如何采用合理的干燥设备和干燥工艺以获得较高品质的当归显得更加重要。
　　在众多的干燥方式中，对流干燥具有易操作、构造简单、实用性高等特点而得到人们的广泛追逐，是目前生产中使用最多的干燥方式之一。但不足之处也比较明显，例如:太阳能热风不足是干燥效率比较低，因为在干燥后废气直接排掉，效率仅仅是35%～58%，这也是太阳能热风干燥最显著的缺点。再有现在有少部分对流干燥可以回收废气再循环，不但回收量比较少，不到30%；而且回收的大部分是显热。高达80%的热量是以潜热形式存在的，仍然会被浪费掉，由于要高质量的利用热量，就必须回收废气中的潜热，热泵可以实现这一目的。目前国内外学者对太阳能热风以及热泵的单一干燥装置的研究、优化与应用已有相当长时间，但仍存在诸多的问题：太阳能热风干燥受天气的影响比较大，难以持续干燥物料；太阳能热风干燥难以回收排气潜热，造成极大的能源浪费，且对环境造成热污染；热泵需要消耗电能，在一些不发达区域可能节能不节钱，因此不提倡采用单热源除湿干燥装置。
　　鉴于以上原因及根据农作物和中药材在干燥过程中出现的许多问题，结合太阳能热风、热泵干燥循环的特殊性和优缺点，选择中药材“岷归”作为干燥对象，主要研究内容如下：
　　首先，在太阳能充足西北地区，作者提出把太阳能与热泵联合干燥装置用到中药材“岷归”的干燥过程当中。根据实际情况采纳现代设计理念—积木式原理，可按要求直接装配。
　　其次，以传热传质的理论研究为基础，以空气作为直接干燥介质，设计了固体储热材料蓄热型干燥室；在此基础上改善蓄热型干燥室，可以减少介质能量的浪费；运用 Pro/E软件设计厢式干燥室，其后运用 Fluent软件仿真模拟干燥室内流场,然后分析流场并优化干燥室结构；干燥室内流场的均匀性是影响产品干燥质量的重要因素之一，采用导流板对流场的分布不均匀性进行改进，得到最优匹配结构。
　　最后，针对提出及设计的太阳能热泵联合干燥系统，进行前期实验台研制。
　　本项目的研究成果可为当归干燥室的设计提供一定的理论指导，可进一步搭建实验平台，研究当归的热风干燥特性及系统的性能。还可以推广应用到其它中药材中，以解决西北地区中药材及农产品干燥主要难题，有助于提高中药材及农产品干燥加工速度及品质，降低干燥能耗，促进中医药及农产品产业的可持续发展。

目录

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附表索引

第1章 绪论

1.1 课题研究的来源、背景

1.2 课题研究的目的和意义

1.3国内外研究现状

1.4采取的研究方法、技术路线及可行性分析

1.5 研究的内容

1.6 本章小结

第2 章 干燥理论和热泵干燥循环过程分析

2.1热风干燥基本理论分析

2.2热泵系统结构及干燥介质循环过程

2.3 本章小结

第3章 太阳能热泵的联合干燥系统

3.1太阳能与热泵的联合方式

3.2设计当归的太阳能热泵联合干燥系统

3.3干燥室内换热方程的推导

3.3 本章小结

第4章 当归干燥室设计及仿真分析

4.1 引言

4.2 当归干燥室的设计

4.3 干燥室的模拟

4.4实验台的研制

4.5本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2后续工作及展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间取得的成果（论文、专利）