开题报告-10立方米热泵干燥箱设计.doc

毕业设计(论文)开题报告学生姓名： 豪 学 号： 所在学院： 能源与科学工程学院 专 业： 热能与动力工程 设计(论文)题目： 10立方米热泵干燥箱设计 指导教师： 2016 年3月5日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年4月26日”或“2004-04-26”。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述一 课题背景采用热泵技术来对物料进行干燥是近几年来发展起来的一种节能效果明显而又切实可行的一种新的干燥方法。目前，在国内外热泵干燥技术应用的较多的是在木材干燥领域，而热泵干燥的开发和研究还很少有有关的文献报道。 二 选题的目的和意义 常规的干燥箱干燥都是用电或蒸汽来加热空气以降低空气的相对温度，然后，受热空气用于干燥物料，受热空气吸收了被干燥物料的水分之后，少部分在箱内回流，而绝大部份空气被抽风机直接抽出排到环境中去，显然在排气过程中大量的热能被损失掉了。如果 能将排掉的空气中的水蒸气冷凝到其饱和温度以下，使其凝结成水而排掉，并将其潜热和干燥空气回收使用，这样干燥的效率就会大大提高，并可大大节省干燥过程中的能耗，为此可以采用热泵技术进行干燥【1】。 三 干燥种类若按干燥器操作压力分类可分为常压式和真空式两类干燥器。常压干燥设备的传热可以采用任何一种或几种型式同时传热，而真空干燥设备的特点是以传导传热和辐射传热居多，而且多数以间歇生产方式为主，真空干燥设备主要处理热敏性物料和有溶剂回收的物料。若按干燥器操作方式可分为间歇操作和连续操作两类。若按干操器给热量方式分类可以分为对流加热干燥器、传导加热干燥器、其他（辐射加热、高频加热）以及多种传热方式的干燥器等。按使用干燥介质的种类分类，对流换热可以分为空气、热风、烟道气、过热蒸汽为干燥介质的干燥器【2】。对流干燥 热空气或烟道气与湿物料直接接触，依靠对流传热向物料供热，水汽则由气流带走。在干燥过程中,对流干燥空气参数如温度、相对湿度和空气流速随着时间的推移而改变,即干燥是在变化的条件下进行的。对流干燥在生产中应用最广，它包括气流干燥、喷雾干燥、流化干燥、回转圆筒干燥和厢式干燥等。 传导干燥 湿物料与加热壁面直接接触，热量靠热传导由壁面传给湿物料，水汽靠抽气装置排出。它包括滚筒干燥、冷冻干燥、真空耙式干燥等。 辐射干燥 热量以辐射传热方式投射到湿物料表面，被吸收后转化为热能，水汽靠抽气装置排出，如红外线干燥。 介电加热干燥 将湿物料置于高频电场内，依靠电能加热而使水分汽化，包括高频干燥、微波干燥。在传导、辐射和介电加热这三类干燥方法中，物料受热与带走水汽的气流无关，必要时物料可不与空气接触。四 热泵干燥箱的工作原理 采用热泵技术的干燥方法是使空气在干燥箱中循环，保持干燥室内各点温度均匀，循环空气中的一部分通过热泵的蒸发器，将在干燥室内吸收物料的水分冷凝析出并排出干燥箱外，这时空气的含湿量大大降低，接着，在空气流经冷凝器时，热泵又将在蒸发器 中吸收湿空气的热量以及压缩机消耗功转化的热量一并再传回到循环空气中去，使循环 空气的温度升至5060，相对湿度降低到很低的数值1O30，这时的空气具有很强的吸湿和干燥能力，然后把干燥空气再送回干燥室去干燥物料。由于热泵干燥过程 中，去除空气的水分时没有向外界放热，所以热泵干燥箱的能耗仅为传统的电加热和蒸 汽加热的能耗的四分之一至三分之一。此外热泵干燥箱的干燥温度仅为4060 ，特 别适合于食品、药材及热敏性较高的化学物品等物料的干燥，这是其它任何干燥设备无法完成的。热泵干燥箱在干燥过程中循环空气仅在干燥箱内循环，所以热泵干燥箱在干燥过程中不会对环境造成污染，同时干燥过程也不会受环境，空气和潮湿程度的影响 。 为了热泵干燥箱中的热量平衡以保持箱内温度不升高，一般需要在热泵的蒸发器前加一个冷却器，通常选用水冷冷却器。水冷冷却器在热泵干燥箱中主要起二个作用，一是平衡热泵干燥箱中的热量以控制箱内温度，另一个作用是预冷从干燥室来的潮湿空气以降低潮湿空气进蒸发器前的温度，提高潮湿空气经过蒸发器时的除湿量。五 目前几种前沿热泵干燥箱的设计摘要1.新型超导热泵干燥箱【3】本实用新型属于制药设备技术领域，包括箱体、密封门及空气循环处理装置。箱体由上部和下部分别设有进风口和回风口的中间隔板分为前后两个腔室，前面腔室用于盛放待干燥物，空气循环处理装置位于后面腔室中，其包括压缩机、蒸发器和冷凝器，压缩机位于底端，蒸发器位于所述进风口和回风口之间，冷凝器位于所述进风口处。在蒸发器和冷凝器之间还设有使空气向进风口流动的轴流风机，还包括超导热管，该超导热管的下端位于回风口处，其上端位于蒸发器和冷凝器之间。本实用新型将导热性能好的超导热管应用到干燥箱的空气循环处理装置中，将通过物料后的空气中的余热传导给进风口附近的空气，提升了热循环效率。2. 分体式热泵干燥箱【4】 本实用新型属于制药设备技术领域，包括箱体、集热装置和热风循环装置，所述热风循环装置位于所述箱体中，包括用于加热空气的冷凝器和用于引导热风循环的循环风机，所述集热装置包括压缩机和蒸发器，所述集热装置位于与所述箱体成分体式设置的集热箱内，所述蒸发器通过管路与所述冷凝器相连接，所述管路内部有导热介质。本实用新型通过将集热装置和干燥箱箱体设计成分体式形式，减小了干燥箱箱体的整体体积，使之可以放置在较小的空间内，更有利于车间布局。此外，集热装置的位置可以根据车间或厂房中热量集中区域的位置而作调整，调整后只需用管路将其与箱体连接起来即可，布局灵活，热能利用率高。3. 高温热泵真空干燥箱【5】 本实用新型属于制药设备技术领域，包括箱体、密封门及热循环装置。箱体上设有用于抽真空的抽气口，热循环装置令高温介质从箱体中通过，其包括压缩机、用于从空气中吸收热量的蒸发器、用于对水进行加热的冷凝器及循环水泵。在箱体中设有由空心型材制成的支架，其由位于两侧的支撑管和位于中间的多层横担构成，支撑管和横担均在连接处相通，循环水泵的出口穿过箱体的外壁固接于支架一侧的支撑管上。还包括水箱，冷凝器位于该水箱中，循环水泵的入口伸入该水箱内部，支架另一侧的支撑管上还设有从箱体的外壁上穿出的回水管，该回水管连接至水箱。本实用新型吸收空气中的热量对物料进行加热，节约能源。 除此之外，还有几种新型的利用热泵技术的干燥系统，例如程烨【6】发明的一种可移动式热泵干燥农产品系统，吴小华【7】发明的一种太阳能辅助热泵污泥干化系统，还有徐众【8】发明的一种多能互补型煤干燥系统等等。 在农业方面，徐涛和王启祥【9】利用空气回热器的热泵干燥试验装置,对稻谷干燥过程中的稻谷含水率、空气温度和相对湿度、干燥速率以及热泵能耗的变化进行了测试,并对影响干燥速率和能量回收率的因素进行了分析.龙成树【10】应用ANSYS软件对稻谷籽粒温度场的分布进行了模拟,对热泵稻谷干燥机的性能评价和干燥箱结构的选择进行分析。徐建国【11】利用自主研发的搅拌式-热泵穿流干燥仓,研究了新鲜稻谷的脱水过程。考察了热泵干燥条件对稻谷干燥品质和过程性能的影响。 evik, Seyfi【12】 对不同气候条件下的农产品干燥过程进行系统的实验分析，结果表明，HP单元，dpsac，光伏发电单元和PID控制系统能够相互协调工作，得到干燥的产品同时具有良好的物理性能。杨昭【13】发明了一种青豆种子的干燥工艺，即采用带辅助冷凝器的封闭式蒸汽压缩式热泵干燥设备进行青豆种子的干燥。在林业方面，高姗【14】以落叶松为试材,通过两组对比实验,分析干燥介质与干燥箱内的温度变化以及木材含水率变化之间的关系。Minea, Vasile【15】对干燥的硬木树种，如黄的白木和硬枫的测试，以确定系统的能量性能。在食品加工方面，石启龙【16】研究雪莲果样品厚度、装料量、干燥温度、风速和旁通比对雪莲果热泵干燥特性及质量变化的影响。罗磊【17】研究苹果片充氮低氧热泵干燥的干燥特性。母刚【18】利用热泵进行北极虾的干燥试验研究,探讨干燥空气的温度、相对湿度和流速对北极虾干燥速度、产品的物理和感观特性及干燥能耗的影响。国外的Chapchaimoh, Khanuengnit【19】 用热泵以空气和氮气作为干燥介质在50下200分钟内干燥生姜。用连续和间歇两种干燥方式，Siew Kian Chin【20】 对干燥松杉灵芝在热泵干燥机的干燥特性进行了研究。宋宇【21】使用无氧热泵设备检测干燥过程中胡萝卜内部传热机理，建立干燥模型。通过对三种干燥方式的实验结果进行分析。王安建【22】等人发明了一种新型三阶段果蔬干燥法，即预干燥阶段，负压喷爆阶段和二次热泵干燥阶段，本发明简便实用，环保节能且干燥效果好。高元能【23】发明了一种槟榔烘干自动控温排湿系统，综合利用热泵和风机对温湿度的联合控制，保持对槟榔干果烘干过程稳定地、自动化地控制。梁光庆【24】发明了一种罗汉果的干燥设备，由真空微波干燥设备和热泵脱水干燥设备以及电动机组成。陈福全【25】发明了一种用于野生菌烘烤的烤房，即野生菌烤房，包括本体和设于本体外的空气源热泵。 为了改善干燥试验过程中的监控方式,提高了试验的精确性和效率,减轻了试验人员的工作负荷,并支持后期数据分析,该课题将热泵干燥技术、自动检测控制技术、SCADA技术融合,开发出一套由热泵干燥装置、数据采集与监控系统组成的热泵干燥监控系统。系统由一套全封闭的热泵干燥装置执行干燥过程;数据采集系统采集干燥现场数据,OPC服务器通过通信协议获取数据;监控系统主要具备PLC自动控制和PC机监控功能。试验结果表明,该系统能够实现温湿度精确控制,并具备数据的实时显示、归档、信息报警等功能,将作为后续研究的试验平台【26】。国外的 Akta, Mustafa【27】 对干燥过程进行了一个闭环热泵系统的分析，评价了湾区干燥的干燥性能，采用了控制方法，提出了一种适用于节能和改善的精确控制方法。六 结束语 干燥是工农业生产中广泛使用而且耗能巨大的加工环节。世界范围内对于干燥过程的节能技术开展了大量研究【28】。对流型气流干燥结构简单、操作方便、适应性强,是目前生产中使用较多的一种干燥技术。但由于干燥过程中废气的直接排空,不仅带走了余热造成浪费,热效率较低,而且也污染了环境【29】。而热泵干燥系统作为一种新型节能技术，由于其较常规气流干燥在能源消耗和干燥成本方面具有明显优势逐渐成为研究的热点。箱式热泵循环干燥器 ,与传统的电热干燥箱相比 ,热效率较高 ,无环境污染问题 ,其平均单位能耗除湿量增加1倍 ,耗电量降低62 % ,投资回收期约为1.5年。对凤尾菇进行干燥实验表明 :物料湿含量越高 ,平均单位能耗除湿量 SMER越大 ,系统给热系数 COP越高 ,节能效果越显著。热泵干燥技术越来越成熟,应用的行业越来越多,该技术从某种程度上,缓解了能源压力。把自动控制运用于热泵干燥系统中,使之能够根据物料干燥的逻辑自动控制,是热泵干燥发展的必然趋势。【30】参考文献：1 窗体顶端1金苏敏 沈绍业 热泵干燥箱的干燥过程J 南京化工大学学报1996年 第A01期 P102-106窗体底端2伊松林.太阳能及热泵干燥技术M北京：化学工业出版社2011P18-203田国民 新型超导热泵干燥箱P 201120478417.0 2011.11.254田国民 分体式热泵干燥箱P 201120478985.0 2011.11.255田国民 高温热泵真空干燥箱P 201120478324.8 2011.11.256程烨 张二宾 曹坤文 杨德亮 都洪阳 郭培宽 一种可移动式热泵干燥农产品系统P 201520460902.3 2015.07.017吴小华 周淼 任静浩 吴立志 张璟 太阳能辅助热泵污泥干化系统P 201520168460.5 2015.03.24 8徐众 刘黔蜀 苏国成 张树立 吴恩辉 多能互补型煤干燥系统P 201520322244.1 2015.05.19 9徐涛 王启祥 一种热泵干燥系统的特性及能耗分析J 广州航海高等专科学校学报 2010 18（1） P30-32 10龙成树 稻谷热泵干燥工艺及关键部件设计D 中南林业科技大学 2014年11徐建国 徐刚 顾震 张森旺 李华栋 张绪坤 低温热泵穿流干燥新鲜稻谷实验研究J 食品工业科技 2013 4（4） P228-23112evik,Seyfi Experimental investigation of a new design solar-heat pump dryer under the different climatic conditions and drying behavior of selected productsJ Solar Energy 2014 2（105）P190-20513 杨昭 朱恩龙 朱宗升 一种青豆种子的干燥工艺P 201310648681.8 2013.12.0314高姗 胡传坤 高建民 落叶松太阳能热泵干燥特性研究J 干燥技术与设备 2013 9（5）P32-4015Minea,Vasile Efficient Energy Recovery with Wood Drying Heat PumpsDrying Technology J201214（30）P1630-164316石启龙 郑亚琴 赵亚 雪莲果 热泵干燥特性及品质研究(英文)J 食品科学 2014 7（3）P1617罗磊 支梓鉴 刘云宏 朱文学 张玉先 王强 朱敏 苹果片气调热泵干燥特性及数学模型J 食品科学 2014 35（5） P13-17 18母刚 张国琛 热泵干燥北极虾工艺研究J 水产科学 2013 32（6） P343-347 19Chapchaimoh, Khanuengnit Thermal characteristics of heat pump dryer for ginger dryingJ Applied Thermal Engineering2016 24（95） P491-49820Siew Kian Chin Product Quality and Drying Characteristics of Intermittent Heat Pump Drying of Ganoderma tsugae MurrillJ Drying Technology 2010 12（28）P1457-146521宋宇 无氧热泵干燥设备研发及胡萝卜干燥动力学研究D 河南科技大学201322王安建 魏书信 田广瑞 李顺峰 李静 一种果蔬干燥方法P 201410082318.9 2014.03.0723高元能 翁书艳 一种槟榔烘干自动控温排湿系统P 201310044702.5 2013.02.0424梁光庆 一种罗汉果的干燥设备P 201320271925.0 2013.05.2025陈福全 野生菌烤房P 201520372474.9 2015.06.0226倪超 李娟玲 丁为民 范海亮 陈山林 全封闭热泵干燥装置监控系统的设计与实验J 农业工程学报 2010 6（10）P134-139 27 Akta,Mustafa Performance analysis and modeling of a closed-loop heat pump dryer for bay leaves using artificial neural networkJ Applied Thermal Engineering2015 113（87）P714-72328孟翔宇;杨福胜;邓建强;王玉琪;张早校 新型太阳能热泵干燥系统的设计与理论研究J 太阳能学报2010 31（5） P568-574 29邵红 箱式热泵循环干燥及其经济性分析J 化工装备技术2004 25（4）P1-4 30倪超 热泵干燥控制系统的实验与研究D 南京农业大学 2009年 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 1 课题内容： 本毕业设计课题（10立方米热泵干燥箱设计）结合产品开发，要求学生有一定的工程能力，工作量饱满，机械制图要求比较高。通过本课题的设计可以综合大学4年所学知识的运用能力，特别是工程热力学、传热学、流体力学、热泵技术及相关专业课程的知识应用，同时有要有一定创新能力。通过本毕业课题的设计有利于学生工作尽快适应工作岗位的要求设计。且毕业设计是培养学生综合运用本学科的基本理论、专业知识和基本技能，提高分析与解决实际问题的能力，完成工程师的基本训练和初步培养从事科学研究工作的重要环节。毕业设计也是完成教学计划达到专业培养目标的一个重要的教学环节；通过毕业设计，综合性地运用几年内所学知识去分析、解决一个问题，在毕业论文的过程中，所学知识得到疏理和运用，它既是一次检阅，又是一次锻炼。使学生的实践动手、动笔能力得到锻炼，增强了即将跨入社会去竞争，去创造的自信心。毕业设计以下具有目的：(1) 通过阅读有关资料对当前干燥装置有进一步的了解。(2) 融汇、贯通几年里所学习的专业基础知识和专业理论知识。(3) 综合运用所学专业理论知识和技能提高独立分析问题和解决实际问题的能力。 (4) 培养和提高学生的独立完成工作的能力。2 需要解决的问题1.了解干燥箱的市场现状和技术现状，分析热泵干燥箱的优缺点。并在此基础上，了解热泵干燥箱的工作原理，确定干燥系统的流程(主要设计参数： 已知环境条件： 干球温度：60 相对湿度：70%干燥箱容积：10立方米)。2.空气循环热力设计计算3.室外换热器的设计计算及结构的确定4.空气集热器的设计计算及结构的确定5.确定热泵干燥箱的尺寸和布局，绘制零件图和总装图3 采用的研究手段1.了解干燥箱的市场现状和技术现状，分析热泵干燥箱的优缺点。并在此基础上，了解热风干燥泵的工作原理，确定干