毕业论文-10立方米热泵干燥箱设计.docx

南京工业大学本科生毕业设计（论文）2016 届毕业设计(论文)2019年11月16日题目：10立方米热泵干燥箱学院：能源科学与动力工程学院专业：热能与动力工程班级：热能 1202班姓名:指导老师：起讫时间：2016.1-2016.610立方米热泵干燥箱的设计摘要当今社会，全球的能源消耗与日俱增，各种能源危机已经成为各国的严峻挑战，如何节能也成为了当今世界的热点话题。人们在日常生活中，很多必须品需要经过干燥才能使用，但是，一般的干燥流程和干燥器具都存在很严重的缺陷，一是干燥产品质量很低，二是过程中耗能巨大，因此干燥过程和器具在节能领域都存在着广阔的提升空间。本课题就针对此现象设计了一种新型干燥装置热泵干燥箱。它作为一种新兴的干燥装置，不仅具有体积小，效率高的优势，而且在节能方面，有着明显的优势，因此在市场上具有更为广阔的发展前景。我设计的此款10立方米热泵干燥箱，采用分体式设计，采用的热泵技术的干燥方法是使空气在干燥箱中循环。本课题的10立方米热泵干燥箱系统主要有压缩机，蒸发器，风机，冷凝器，节流阀等部件组成。本课题在设计计算时，为了强化传热，设计中换热管采用叉排的排列方式，而且在换热管外部添上铝箔翅片，来增加传热面积，这样有效提高了空气侧换热系数。通过这个课题，可以了解到，热泵干燥箱高效节能的同时，还有操作简易，时间短，产品质量好等优点，可广泛应用于各行各业的产品干燥，对于我国建设资源节约型和环境友好型社会有着重大意义，因此，热泵干燥箱的发展前景将极为广阔。关键词：热泵干燥箱 空气循环 蒸发器 冷凝器 IThe design of 10 cubic meters heat pump dryerAbstractIn todays society, the global energy consumption is growing, all kinds of energy crisis has become a serious challenge, how to saving energy has become a hot topic in todays world. People in daily life, many necessities needed after drying can be used, but the general process of the drying and appliances there are serious defects, not only the dry product quality is low, but also in the process of energy dissipation is huge, so the drying process and equipment in the field of energy saving are there is a wide promotion space. This topic is aimed at this phenomenon, so a new type of drying device is designed, heat pump drying oven. It as a new drying device, not only has small volume, high efficiency advantages, and in terms of energy saving, has obvious advantage, therefore has a broader development prospects in the market. This 10 cubic meters of heat pump drying oven is designed by me, using separation design, adopt the drying methods of heat pump technology is to make the air circulation in the oven. This topic of 10 cubic meters of heat pump drying oven system mainly include the compressor, evaporator, air blower, condenser, throttle valve and other parts.This topic in the design and calculation, in order to strengthen heat transfer, fork row arrangement is used in the design of the heat exchange tube, and put on the aluminum foil on the outside of the heat exchange tube fin, to increase the heat transfer area, so that improve the air side heat transfer coefficient.Through this topic, we can learn, high efficiency and energy saving of heat pump drying oven at the same time, and simple operation, short time, as well as good product quality, products can be widely used in all walks of life, dry, for building a resource-conserving and environment-friendly society in our country has a great significance, therefore, the development prospects of heat pump drying oven will be extremely broad.Keywords: Heat pump drying oven Air circulation The evaporator The condenser III目 录摘要 . I Abstract . III第一章 绪论 . 11.1 课题背景 . 1 1.2 选题的目的和意义 . 1 1.3 干燥种类 . 1 1.3.1 对流干燥 . 2 1.3.2 传导干燥 . 2 1.3.3 辐射干燥 . 2 1.3.4 介电加热干燥 . 21.4 热泵干燥箱的工作原理 . 21.5 目前几种前沿热泵干燥箱的设计摘要 . 3 1.5.1 新型超导热泵干燥箱 . 3 1.5.2 分体式热泵干燥箱 . 3 1.5.3 高温热泵真空干燥箱 . 31.6 热泵干燥箱在各行业的实例应用 . 41.7 热泵干燥箱产品结构示意图 . 6第二章 10立方米热泵干燥箱设计 . 72.1 原始设计参数 . 72.2 压缩机选型 . 72.3 热泵干燥箱系统图 . 82.4 热泵循环的计算 . 8 2.4.1 单级热泵循环的计算（计算毛细管）. 8 2.4.2 热泵循环的性能指标 . 92.5 蒸发器、冷凝器风量选择及除湿量计算 . 11 I 2.5.1 蒸发器风量选取及除湿量计算 . 11 2.5.2 旁通风量计算及冷凝器风量选取 . 11 2.6 蒸发器的设计计算 . 13 2.6.1 蒸发器热力计算及结构计算 . 13 2.6.2 空气流经蒸发器时的阻力计算 . 16 2.7 冷凝器的设计计算 . 17 2.7.1 冷凝器热力计算及结构计算 . 17 2.7.2 空气流经冷凝器时的阻力计算 . 22 2.7.3 风机选取 . 22 2.8 设计结果汇总 . 23 结语 . 25参考文献 . 26 致谢 . 28 V第一章 绪 论1.1 课题背景使用热泵技术对物品来干燥除湿是这几年来成长起来的一种不但节省能源效果不错而且又可操作性十分强的新型干燥方式。目前在国内外，热泵干燥技术应用的比较多的是在干燥木料的范畴，但是热泵干燥的研发还很少有相关的文献报道。 1.2 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，而绝大部分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。如果能够将排掉的湿空气中的水蒸气冷凝到它的饱和温度之下，让水蒸气凝结成液态水再排掉，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。 1.3 干燥种类如果按干燥器的操作压力来分类，可以将之分为常压式和真空式这两种干燥器。常压干燥器对热量的传导可以使用任何一种或者是几种形式并同时传热，而真空干燥器的特点是，传导的传热和辐射的传热是主要的传热形式，而且多数是间歇生产方式为主的，真空干燥器主要是用来处理热敏性物料还有有溶剂回收的物料。如果按干燥设备的操作形式可以区分为间歇性质操作和持续操作性质两个种类。如果按干操设备来给予热量的形式来分类，可以划为对流式加热干燥装置、传导加热干燥装置、其他（辐射加热、高频加热）等多种传热方法的干燥设备等。如果依据使用干燥介质的种类来进行分类，对流式换热可以划为空气、热风、烟道气体、过热蒸汽为干燥介质的干燥设备2。1.3.1对流干燥 高热度空气或者烟道气体与潮湿的物体直接触碰，依据对流传热的形式来向物体提供热量，水蒸汽是被气流带走。在干燥的过程中,对流干燥空气状态数据例如温度、相对湿度以及空气的流速跟着时刻的改变而改变,也就是说干燥是在变化的条件下进行的。对流干燥在各种生产中的应用较为广泛，例如气流形式干燥。 1.3.2传导干燥 潮湿物品与加热的壁面直接触碰，热量依据热传导的形式从壁面传递给潮湿物品，水蒸汽依靠抽气装置来排除。例如滚筒干燥。 1.3.3辐射干燥 热量依靠辐射传热的方式投射到潮湿物体的表面，热量被吸收后全部转化为热能，水蒸汽依靠抽气装置排除，如红外线干燥。 1.3.4介电加热干燥 将潮湿的物品放在高频的电场内，用电能加热来让液态水汽化，其包含高频干燥、微波干燥等。在传导、辐射还有介电加热这三类的干燥方式中，物体受热和带走水蒸汽的空气流没有关系，需要的时候物体可以不和空气接触。1.4 热泵干燥箱的工作原理 采用热泵技术的干燥方式是让空气在干燥箱中循环，并且保持干燥室内各处的温度分布平衡，循环空气中的一部分通过热泵的蒸发器，将在干燥室内吸除物体的水分冷凝析出并排出干燥箱外，这时候空气的含湿量大幅度降低，接着，在空气流经冷凝器时，热泵又将在蒸发器中所接收的湿空气的热量另有压缩机耗功转化而来的热量一路再传入循环空气中去，使循环空气的温度升至5060，相对湿度降到很低，大致在1O30，这时的空气具有极强的除湿和干燥能力，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，去除空气中的水分时并没有把热量放出给外界，所以热泵干燥箱的能耗仅仅是传统的电加热还有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仅是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入蒸发器前的温度，提高除湿量。1.5 目前几种前沿热泵干燥箱的设计摘要1.5.1新型超导热泵干燥箱 新型超导热泵干燥箱3属于制药设备技术领域，包含有箱体、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，其包括压缩装置、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。1.5.2分体式热泵干燥箱 分体式热泵干燥箱4是属于制药设备技术领域，包含有箱体、集热设备和循环热风的设备，提到的循环热风的设备在提到的箱体中，包含有用来加热空气的冷凝器和用来引导热风的风机，所提到的集热设备包含压缩机和蒸发器，所提到的集热设备在与所讲的箱体成分体式设置的收集热量的箱体内，所提到的蒸发器通过管路和所提及的冷凝器相连接，所提到的管子内部有传热的介质。本实用新型通过将集热设备和干燥箱箱体设计成分体式的样子，减小了箱体的整体体积，使它可以安装在较小的空间内，更有利于布局。另外，集热的设备的位置可以根据车间或厂房中热量集中区域的位置而作改变，改变后只要用管子将它和箱体连接起来就可以，布置方式十分灵活，热效率高。1.5.3高温热泵真空干燥箱高温热泵真空干燥箱5属于制药设备技术领域，包括箱体、密封门及热循环装置。箱体上安装有用来抽真空的抽气口，热循环装置用来让高温度的介质从箱体中通过，它包括有压缩机、用来从空气中吸取热量的蒸发器、用来对水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。1.6 热泵干燥箱在各行业的实例应用 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使用空气回热设备的热泵干燥试验装置,对稻谷干燥过程中的谷子的含水量、空气的温湿度、干燥的速度还有热泵耗能的变化进行了测验,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使用ANSYS软件对谷籽温度场的分布采取了模拟实验,对热泵形式的稻谷干燥装置功能的评价和干燥箱体构造的选择来分析。徐建国11利用自立研发的搅拌形式-热泵穿流干燥仓,研究了新鲜稻谷的脱除水分的过程。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, Seyfi12 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，即采用带协助冷凝器的形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,通过两组比拟实验,分析干燥介质与干燥箱内的温度变革以及木材含水率变革之间的关系。Minea, Vasile15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。在食物加工方面，石启龙16研究雪莲果样本的厚高、数目、温度、风速还有旁通比对雪莲果的热泵干燥性状还有质量的改变的影响。罗磊17研究苹果片充氮低氧热泵形式干燥的干燥特性。母刚18使用热泵对北极虾进行干燥实验,研究干燥空气的温湿度和流动速度对北极虾干燥速率、产物的物化特征及干燥能源消耗的影响。国外的Chapchaimoh, Khanuengnit19 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 Chin20 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传热机理，构造干燥模型。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，充分利用热泵和风机对温度和湿度的结合控制，保持对烘干过程持续地、简便地控制。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。为了改变干燥实验过程中的监测检控方法,提高实验的精准性,减少实验职员的工作量,并且支撑后期数据整理分析,于是将热泵干燥技术、自动检测控制技术、SCADA技术联合在一起,研发出一整套由热泵干燥设备、数据收集与检测系统组成的热泵干燥检测系统。系统由一套全封闭的热泵干燥设备进行干燥过程;数据收集系统收集干燥数据,OPC服务器依靠通讯协议获得数据;监控系统主要具备PLC自控和PC机监测功能26。国外的 Akta, Mustafa27 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。干燥是农工业生产中大规模使用并且能源消耗巨大的加工环节。世界范围内对于干燥过程的节能技术开展了大量研究28。对流型气流干燥是一种适应性和操作性都很强的干燥技术,也是当前生产中使用频繁的一种干燥技术。但因为过程中的废气没有得到利用而是直接排除去,使得造成了浪费，效率低，并且也污染了环境29。而热泵干燥系统作为一种新型节能技术，因为它和一般的气流干燥相比较在能源消耗和资本代价方面具有明显优点逐渐成为研究的热点。箱式热泵循环干燥装置,和电热干燥箱对比,不但效率高 ,且不会污染环境。对凤尾菇干燥的实验表明:物体所含湿度越高,平均单位能源消耗的除湿量 SMER越大,系统系数COP越高 ,能源节约的效果越明显。热泵干燥的技术愈加成熟,在各行各业的应用越来越多,十分有效地缓解了能源压力。把自动控制使用在热泵干燥系统中,使它能够根据逻辑自动控制物体的干燥程度,这是热泵干燥技术成长的必然趋势。301.7 热泵干燥箱产品结构示意图图1-1 热泵干燥箱产品结构示意图图中一台采用水冷却热平衡的热泵干燥箱示意。它采用分体式设计，图示的左边部分是热泵系统，它主要由一台全封闭压缩机、冷凝器、蒸发器、水冷却器、贮液器和一台风机等组成。示图的右边部分是绝热的干燥室，内部是一层一层的物料盘。潮湿的循环空气流经水冷却器和蒸发器时被冷却降温并除水，冷凝水则通过出水管流出箱外，被除过水分的循环空气再流进冷凝器被加热成为温度高湿度低的干燥空气，最后干燥空气到干燥室去干燥物体。29第二章 10立方米热泵干燥箱设计2.1原始设计参数已知条件：蒸发器进口干球温度:60 相对湿度：70%压缩机功率：15HP 制冷剂：R222.2 压缩机选型根据制冷量需要，选择型号为TR160-TFP的谷轮VR系列的柔性涡旋热泵压缩机，功率为15HP，制热量为49.8kw,蒸发温度为30，冷凝温度为70。表2-1 压缩机型号表序号名称符号单位计算公式结果备注1型号已知TR160-TFP2制热量kW已知49.83制冷量kW已知38.44制热系数已知4.375功率kW已知11.46蒸发温度已知307冷凝温度已知702.3 热泵干燥箱系统图图2-1 热泵干燥箱系统图2.4热泵循环的计算2.4.1 单级热泵循环的计算选取制冷剂的蒸发温度为30，冷凝温度为70。查R-22 压-焓图得热泵循环的p-h 图如图所示。单级热泵循环的计算如 2-2 所示。 表 2-2 热泵循环各状态点参数 状态点参数单位R22备注130为饱和气体温度，查压焓图得，kPa1192kJ/kg414.26280等熵线与等压线的交点kPa2997kJ/kg434370为饱和液体温度，查压焓图得kPa2997kJ/kg293.1467=，取过冷度3kPa2997kJ/kg2805274-5为节流过程，kPa1192kJ/kg2802.4.2 热泵循环的性能指标 热泵循环指标如2-3 所示 表 2-3 热泵循环的性能指标 序号名称符号单位计算公式结果备注1输入功率kW已知11.42制热量kW已知49.83制冷量kW已知38.44制热系数=/P4.375R22质量流量kg/s=0.296单位制冷量134.267单位容积制冷量6808.38单位理论功19.749压缩机理论功率kW5.7210压缩机指示功率kW7.1511理论制冷系数6.80112实际制冷系数4.8313卡诺循环制冷系数8.11214热力完善度0.5952.5蒸发器、冷凝器风量选择及除湿量计算 2.5.1 蒸发器风量选取及除湿量计算 已知蒸发器制冷量为=38.4KW；蒸发器入口空气焓是=325kJ/kg ， 空气含湿量是=0.101kg/kg ；设定蒸发器出口相对湿度为95%；标准状况（0，101325Pa ）下空气密度为 =1.293kg/ 。现假定一系列蒸发器进口风量 ，并求得系统除湿量。 表2-4 蒸发器进出口空气状态参数表名称符号单位计算公式结果备注蒸发器进口风量假定30003500400045005000蒸发器出口空气焓kJ/kg290295298301304蒸发出口风温查焓湿图51.552535353蒸发器出口含湿量kg/kg查焓湿图0.0920.0930.0940.0950.096除湿量Dkg/h353636.23532根据表格,当风量在4000时，有最大除湿量，除湿量为36.2kg/h,此时蒸发器出口风温是53。2.5.2 旁通风量计算及冷凝器风量选取 如图所示，冷凝器负荷为=49.8kW，进入冷凝器的旁通风即是干燥室出口风，其风量为，温度为60； 蒸发器出口风量为， 出口风温为53。空气流经冷凝器时吸热，温度升高。空气温度始终高于相应的露点温度，没有水分析出。为了简化计算， 此时的湿空气可以近似按照干空气进行计算。现分别假定旁通风量，然后根据热力学第一定律计算出不同旁通风量下的冷凝器出口风温。图2-2 冷凝器进出口空气流动示意图表2-5 冷凝器进出口空气状态参数表名称符号单位计算公式结果备注旁通风量假定10000冷凝器入口空气焓kJ/kg317冷凝器入口空气含湿量kJ/kg99冷凝器出口空气焓kJ/kg325冷凝器出口空气温度，查焓湿图65现选定旁通风量，冷凝器现实出口风温为，冷凝器出口风量。2.6蒸发器的设计计算 2.6.1 蒸发器热力计算及结构计算 空气进蒸发器的温度，含湿量，相对湿度，焓。空气出蒸发器的温度，含湿量，相对湿度，焓。热泵工质 R22 的蒸发温度，平均传热温差。蒸发器选用翅片管式换热器。设空气的迎面的风速为2m/s，根据经验数据，起传热系数可取。因此蒸发器的传热面积为= = = - 据此进行蒸发器的结构计算。 蒸发器采用翅片管式蒸发器，其构造如图2-4 所示。图2-3 翅片管式蒸发器结构示意图图2-3中，基管尺寸为，近似按正三角形交错排列，（沿空气流动方向）前后管中心距（排间距），（垂直于空气流动方向）上下管中心距（每排中管间距）；翅片厚，翅片间距。蒸发器的传热负荷为。表2-6 翅片管的结构参数及管外传热系数的计算见表名称符号单位计算公式结果备注基管复合外径Dmm10.4每米长基管外表面积0.030615每米长基管外翅片表面积0.259434每米基管总外表面积0.290049每米基管内壁表面积0.025120肋化系数11.54空气运动粘度查干空气热物性表 19空气热导率查干空气热物性表0.0289垂直空气流动方向上基管中心间距12.5迎面风速假定1.5最窄面风速9.54肋片当量直径5.0雷诺数2510肋片高80干空气对流换热系数101.2空气当量对流换热系数322翅片形状参数116.3翅片形状参数2.2翅片当量高度7.96翅片效率0.729翅片管效率0.758R22管内沸腾换热系数947蒸发器传热系数26.7平均传热温差见表26.3传热面积54.68翅片管总长度188.5据表 10 可以计算蒸发器的尺寸。现将蒸发器的尺寸列于表 2-7 中。表 2-7 蒸发器的尺寸计算名称符号单位计算公式结果备注空气风量1.11迎面风速见上表1.5迎风面积0.74沿迎风面高度方向管排数排假定16高度400宽度1850每排翅片管总长29600需要管排数排6厚度1202.6.2空气流经蒸发器时的阻力计算 空气侧流动阻力：凝露工况下，气流流过整体套片的叉排管束时，阻力可照下面这个计算：式中：翅片表面为亲水膜，； 当量直径； 气流方向蒸发器长； 空气密度 凝露工况下。2.7 冷凝器的设计计算 2.7.1 冷凝器热力计算及结构计算 冷凝器入口空气为蒸发器出口空气与旁通空气的的混淆空气，其焓值为317 KJ/Kg，查焓湿图可得，t =58。冷凝器出口风温为65。冷凝器热负荷。由于空气流经冷凝器时空气温度并未降低到相应的露点温度以下，冷凝器中没有水分析出，因而可以将流过冷凝器的空气近似当作干空气进行计算。 冷凝器的平均传热温差为 根据经验数据假定冷凝器基于外表面的传热系数33W/，则冷凝器所需的传热面积为依据以上公式近似结果可以进行冷凝器的结构设计计算，并最终确定冷凝器尺寸。冷凝器采用翅片管式冷凝器，其结构如图 2-5 所示。图2-4 翅片管式冷凝器结构示意图 图 2-4 中，（紫铜管）基管尺寸为，近似按正三角形交错排列，（沿空气流动方向）前后管中心距（排间距），（垂直于空气流动方向）上下管中心距（每排中管间距）；翅片厚，翅片间距。空气进冷凝器的温度为t =58，出冷凝器的温度为 t =65。冷凝器的传热负荷为。 翅片管的结构参数及管外传热系数的计算见表2-14。 表 2-8 冷凝器翅片管的结构参数及管外传热系数的计算名称符号单位计算公式结果备注基管复合面积Dmm10.4每米长基管外表直径0.029028每米长基管外翅片表面积0.516772每米基管总外表面积0.54580每米基管内壁 表面积0.025120肋化系数21.73空气平均温差61.5空气运动粘度查空气热物性表19.1空气热导率查空气热物性表0.029空气普朗特数查空气热物性表0.7垂直空气流动 方向上基管中 心间距mm12.5迎面风速假定2.5最窄面风速16.74肋片当量直径mm2.88雷诺数2524每米翅片管平 均面积0.02826空气侧对流换 热系数6060=0.45R22热物性热导率查 R22 热力性质表0.071冷凝 温度 为 70密度1000相变潜热135300动力黏度1.034.62管内径mm8管内对流换热 系数管壁温度181865取=0.555紫铜管热导率查表384冷凝器基于管 外表面的传热 系数34.5平均传热温差见公式8传热面积180.4翅片管总长m330.5 依据冷凝器翅片管结构参数及管外传热系数的计算结果，可以进行冷凝器尺寸计算。冷凝器尺寸计算见2-9。表 2-9 冷凝器的尺寸计算 名称符号单位计算公式结果备注空气风量3.89迎面风速见表2.5迎风面积1.56沿迎风面高度方向管排数 排假定20高度mm500宽度mm3120每排翅片管总长mm62400需要管排数排5厚度mm1102.7.2 空气流经冷凝器时的阻力计算 空气侧流动阻力计算：干工况下，气体流过整体套片的叉排管束时，空气流动阻力可按下面的进行计算： 式中： 翅片表面为亲水膜，; 当量直径; 气流方向蒸发器长 ; 空气密度2.7.3 风机选取 由计算结果可知，冷凝器风量为，空气流经蒸发器时的阻力降为127.1Pa，空气流经冷凝器时的阻力降为438.5Pa，冷凝器和蒸发器的总阻力降为565.6 Pa。根据以下表格可以选取2个FZW-560 型风机。图2-10 风机性能参数表型号电压（V）频率（Hz）功率（W）风量全压（Pa）FZW-2502205050130080FZW-300220501652700260FZW=35022050702200160FZW-400220501502950140FZW-450220501854350190FZW-560220501358500450图2-11 风机尺寸表型号SFZW-250922502753207470159276FZW-3009230032536074801510286FZW-350102350375422958030112110FZW-400102400425470959030125125FZW-4501054504755229.559030138137FZW-56013850057563210.569030127129从表中可以看出FZW-400型风机的风量为，风机全压为,均满足使用要求。风机外形图可见下图。图2-5 风机外形图2.8 设计结果汇总现将所有的设计结果汇总在下表名称符号单位结果备注压缩机TR160-TFP的谷轮VR系列的柔性涡旋热泵压缩机蒸发器风量4000除湿量Dkg/h36.2迎面风速1.5迎风面积0.74蒸发器传热系数26.7平均传热温差26.3沿迎风面高速方向管排数排16高度400宽度1850厚度120换热管排数排6翅片厚度0.2翅片间距3.2换热管排间距20换热管纵向间距25冷凝器风量14000迎面风速2.5迎风面积1.56管外传热系数34.5平均传热温差8沿迎风面高速方向管排数排20高度500宽度3120厚度110换热管排数排5翅片厚度0.2翅片间距1.8换热管排间距22换热管纵向间距25风机2台FZW-560型风机结语结语通过这次对热泵干燥箱的设计，我不仅对于热泵干燥装置的工作原理有了非常细致的了解，而且对于如何设计该类型产品有了一定经验。由于人们日常的生活品几乎都会涉及到产品的干燥，但是使用传统干燥装置对物料进行干燥时，在干燥过程中，不但耗能巨大，而且产品的干燥效果并不如所愿。在这样的双重背景下，催生出的一种干燥设备热泵干燥箱。 本课题所设计的热泵干燥箱由蒸发器，风机，压缩机，冷凝器，节流阀等部件构成。系统运行时，从箱体中干燥完物料的高湿度空气部分通过热泵的蒸发器，将在干燥室内吸收的水分冷凝析出，然后排到干燥箱体外，这时循环空气的含湿量已经大幅度降低，之后，循环空气与旁通风一起混合，流进冷凝器，热泵又将在蒸发器中接收的湿空气的热和压缩机功转成的热一起来加热循环空气，使循环空气的温度上升至6O7O，相对湿度下降到很低的数值。这时候。空气又具有很强的吸湿干燥能力，最后，干燥空气又被送回干燥室去干燥物料。由于是封闭系统，循环空气流经蒸发器之后，并没有排除到系统外，而是与旁通风混合后进入冷凝器，这样一来，经蒸发器冷却后，循环空气残余的那部分能量就被利用了。在设计和计算时，首先根据原始设计参数和系统流程，从压缩机的选型入手，确定循环空气在各个点的状态参数，再确定蒸发器和冷凝器的热湿负荷，接着确定冷凝器、蒸发器的结构，最后根据阻力降对风机选型。因为考虑到空气的传热系数很小，所以设计中我采用了外加铝箔翅片的形式，这样提高了平均传热系数，进而减小了冷凝器、蒸发器体积，使之简便轻巧，便于运输装配。 从这个该设计可以看出，热泵干燥箱所具有的高效节能、操作简易、干燥时间和周期短等优势，使之在干燥领域占有越来越重要的位置。当今时代，世人对于能源、环保的要求一步步提高，所以热泵干燥箱将有着光明的市场前景。它也势必对我国的干燥行业产生巨大的影响。参考文献参考文献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，1996，18（A01）: P102-1062伊松林.太阳能及热泵干燥技术M北京：化学工业出版社,2011 : P18-203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,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