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毕业设计外文翻译 学生姓名 学生姓名 钱晨希学学 号 号 3501100314 所在学院 所在学院 能源学院 专专业 业 热能与动力工程 翻译原文 翻译原文 Performance study of a re circulating cabinet dryer using a household dehumidifier 指导教师 指导教师 金苏敏 2014 年 02 月 20 日 1 再循环柜式家用除湿机用作干燥器的性能研究再循环柜式家用除湿机用作干燥器的性能研究 Phani K Adapa and Greg J Schoenau College of Engineering 57 Campus Drive University of Saskatchewan Saskatoon SK S7N 5A9 Canada Shahab Sokhansanj Environmental Sciences Division Oak Ridge National Laboratory P O Box 2008 Oak Ridge 摘要 摘要 我们对用于干燥苜蓿的使用了干燥器环路的低温再循环柜式除湿机的性能 和操作特点进行了实验研究 大量碎的苜蓿在干燥器中从起初的含水量70 被干 燥至10 我们设置了两个干燥器 在每个情况中的干燥器都有一个被分区的柜 子 分区的一侧是材料 另一侧是一个或两个小型的家用干燥器 空气从下到上 穿过材料被再循环然后回到干燥器 我们测试了两个干燥结构 在第一个里材料 被留在盘子里直到完全干燥 在另一个中盘子被从顶部移到底部 在原来的顶部 又增加了一个盘子 干燥的空气温度在25至45度之间 穿过材料的平均气流速度 为0 38m s 苜蓿碎片在固定的盘子上干燥5小时在移动的盘子上干燥4小时 固 定干燥的明确的除湿速度是在0 35到1 02kg kWh范围内 持续移动干燥的平均速 度是0 5kg kWh 关键词 关键词 批量干燥 连续干燥 热泵 低温干燥 单位能耗除湿量 1 1 简介简介 干燥是一种能量集中的过程 杰和奥利弗 1994 估算了用于干燥过程的能 量占到了英国工业生产总能量的20 热力脱水经常在高温下实施 然而许多农 业材料和食材 尤其农作物 对高温很敏感 一个干燥系统既要求节能高效又要 求保护产品品质 合并除湿循环的干燥系统已经被发展成能量守恒并缓缓地处理 材料 这些干燥器通过热泵将废气中的显热和潜热回收 热泵冷凝器将进入到干 燥器中的空气加热 实现了热量的回收利用 这篇论文的目标是测试小型廉价家 用 除湿机干燥高水分材料的用途 苜蓿是能够轻易准备好的用来评估干燥系统 2 性能的材料 2 2 设备和设备和方法方法 两个干燥器的机构设置已经考虑好了 第一步 组装一个由柜子和除湿机组 成的柜式干燥器 如图1 柜子被分成左右两个区域 空气在隔间内沿顺时针循 环 左侧隔间堆放了5个盘子来支撑要干燥的材料 一个家用除湿机放在右侧隔 间进行空气调节 除湿机有一个冷凝器和一个线圈状蒸发器来对干燥器中经过处 理的空气进行加热和冷却或除湿 除湿机中安装了一个风扇 用来驱动空气通过 线圈 这个风扇也提供气流给再循环圈 房间的墙壁被51mm厚的玻璃纤维隔离 是绝热的 柜子的门用泡沫橡胶条封闭避免空气泄漏 用图1中的器材布置完成 六组初始的实验 机构1 获得实验结果且根据这个干燥器的操作条件设置一个 改进的干燥器 如图2 新的机构 机构2 类似于第一个机构同样有左右两个 隔间 左侧隔间堆放了九个盘子 在右侧隔间放置了两台性能相同的除湿机 通 过改进布局的测试设备来记录适当的参数 测试设备将在下一节讨论 该家用 除湿机的规格参数已在表1中给出 表1 热泵除湿机规格参数 3 图1 实验除湿系统示意图 一台 图2 实验除湿系统示意图 二台 4 实验分为批量干燥 固定盘 和持续分层干燥 移动盘 来进行 苜蓿被切 成大小50mm的碎片 使用电子称分别称取0 14kg和0 40kg的苜蓿并均匀分布在机 构1和机构2的盘子上 铺撒的厚度为20 30mm 苜蓿的除湿含水率为70 固定 盘或分批干燥实验在机构1和机构2中都要进行3次 在固定盘干燥中 机构1中5个盘机构2中9个盘 盘子在实验开始时被放在 关上门的干燥室中 机构1和机构2中每个盘中的材料每隔15到30分钟分别被称 重 称重时将盘子迅速地从柜中取出 放在电子称上称重然后放回柜中 在每个 称重间隔苜蓿含水量和每个盘子上的质量损失被根据初始的含水量估算出来 所 以盘中材料含水量低于10 时固定盘干燥就停止 在移动盘干燥中实验在两个机构中也都要进行3次 在机构1中 盘1中的苜 蓿每隔15分钟称重一次 在盘1至少干燥了45分钟后 盘2被移至最高的架子 盘 1往下移一层 一直重复该过程直到盘6移进干燥室而盘1移至最底层 盘1中含水 量被干燥至10 一下 在机构2中 移动盘干燥实验紧跟着固定盘干燥实施 因为在固定盘干燥时 期结束时系统已经是稳态 在固定盘干燥初期九个装着苜蓿的新盘子被放在干燥 室中 干燥一直进行直到最底下的盘 盘1 到达16 含水量 此时盘1被移走 其余盘向下移一层 新的一盘材料被放在最顶层 关上门所有盘中的材料再干燥 30分钟 然后被迅速移出称重 当最底层盘含水量到达10 时开始重复整个移出 和称重步骤 直到第18个盘到达最底部并被干燥至含水量10一下 此时干燥实验 结束 3 3 结果与讨论结果与讨论 两种机构设置 一个或两个除湿机 和两种干燥配置 固定盘或移动盘 下 的实验都已进行 每种情况测试三次 共计 12 组实验 如表 3 机构 1 中苜蓿 的平均质量为 100 150g 一个除湿机 机构 2 中对应为 400g 两个除湿机 苜 蓿碎片除湿含水量在 65 71 之间 机构 1 的第 2 3 个实验中最终的含水量极低 我们不确定这代表真实的数据还是实验或计算上的错误 表 3 中 机构 2 的实验时间比机构 1 长是因为托盘数更多 最低温度代表环 境温度平均为 20 度 机构 2 中的温度 相对湿度 空气流速相比之下同样更高 5 冷凝水的质量约是苜蓿质量损失的一半 另一半很可能从门泄漏了 这从固 定盘情况下的冷凝水比移动盘更多可以明显看出来 从机构 1 得到的初始数据让我们对过程有了基本的理解 而完全仪表化的机 构 2 中 移动盘实验在固定盘结束后立刻开始 得到的结果是固定盘和移动盘实 验的共同表现 表3 柜式空气再循环干燥器中干燥苜蓿碎片的数据总结 图3显示了材料干燥过程中空气的温度和相对湿度 空气温度开始时上升然 后趋于平缓 温度通过人为地开关阀门 保持在不超过45度 因为对特定的农作 物而言最佳的干燥温度 不造成结构损坏和营养流失 在30 45度之间 初始时材料的高含水量和空气的低温导致了空气高相对湿度值 空气变干燥 是由于干燥速率开始下降 270分钟后模拟的连续气流干燥 移动盘实验 开始了 在此期间参数保持 平稳是因为平均而言加载到干燥室中的水分也是平稳的 270分钟后每30分钟加 入新材料移除干燥的材料 使水分蒸发速率保持稳定 相对湿度也就保持不变 图4显示了固定盘和移动盘总冷凝水量和时间的关系 开始时固定盘水分冷 凝速率很快 在270分钟时 固定冷凝结束 几乎为零 这是由于空气相对湿度 降低引起的 在移动盘干燥中由于新材料的加入 冷凝速率保持不变 6 图 312 组实验干燥器进出口处测量的温度和相对湿度 图 412 组实验中固定盘和移动盘干燥的总冷凝水含量与时间关系 7 图 5 中前 40 分钟的高 SMER 值是由于水分冷凝速率和较低的能耗 40 分钟 后开始降低并在移动盘干燥开始后保持恒定 此时经处理空气的相对湿度约为 30 早期的研究表明热泵系统在进入蒸发器的处理的空气相对湿度为 30 或更 高时会更有效率 冷凝程度更高 空气的相对湿度也会增加导致更高的 SMER 值 我们得到的 SMER 值为此前发表的结果的三分之一 我们认为有三个原因 1 家用除湿机的蒸发器和冷凝器不能有效地加热或冷却与制冷剂温度相当的 空气 2 易潮湿的苜蓿比起其他研究者所用的非农业材料的干燥速率要低 3 为保持干燥室恒温向外排出废气导致了显热和潜热的损失 图 512 组实验中单位能耗除湿量和热泵瞬时能耗关系图 8 图 6 显示了每个盘中材料含水量的变化 前九个盘是固定干燥的 270 分钟 后当新盘加入干燥室时 干燥曲线的开始变陡 干燥开始时空气温度较低 约 20 度 在干燥过程中逐渐增加直到稳定在 45 度 这使得移动干燥时有更高的 除水速率 导致平行的曲线 干燥同样数量的材料 固定盘干燥花了 5 小时而移 动盘干燥花了 4 小时 见表 3 图 612 组实验中每个盘中材料含水量 能量平衡 实验期间为了保持冷凝器出口恒定温度 45 度 干燥室顶部进出口端是间 或打开的 该过程通过使相对较冷的环境空气与过程热空气在进口端混合同时在 出口端排出等量空气来完成 再循环空气从冷凝圈中获得的能量与蒸发端从干燥 机出口的再循环空气移除的能量在瞬间提供给干燥机的能量是不同的 系统在出 口端的能量损失由计算干燥器出口和蒸发器入口的再循环空气的能量差值来决 定 混合后 入口端再循环和环境空气 系统瞬间得到和丢失的能量如下式 计 算见表 4 9 表 4 能量平衡计算 41 TTCmq paadi 2apaaal TTCmq ad m 和 aa m 分别是干燥系统内部和环境空气进入系统的质量流速 质量流速通 过空气密度 截面积 空气流速的乘积来计算 ad m 用堆放的盘柱的横截面积 和平均空气流速来计算 aa m 用进口段截面积和穿过进口端的瞬时空气流速来 计算 pa C 是空气的比热 1 T 2 T和 4 T分别是干燥器进口 出口和冷凝器进 口的过程空气温度 a T 是外部空气温度 表 4 显示约 25 的热量通过进口端和 出口端被瞬时空气带走 质量平衡 正如刚才解释的 为了在冷凝器出口保持恒定的温度 45 度 干燥室顶部 的进出口端是间或开放的 该过程得以实现是允许相对干燥的外部空气与内部湿 空气混合 图 2 在任何例子中在干燥器进口和出口再循环空气的含水量相差 了从苜蓿中提取出来的水分 系统出口端瞬时水分损失是由干燥器出口端和蒸发 器进口端的再循环空气的差值决定的 苜蓿损失的瞬时水分和系统损失的水分可 见下列方程式 计算见表 5 表 5 质量平衡计算 10 12 WWmm adi 32 WWmmm aaadl ad aaaaaad m WmWmm W 2 3 1 W 2 W和 3 W 分别是干燥器进口 出口和蒸发器进口的湿比 a W 是空气 瞬时湿比 干燥室内部和瞬时进入干燥室的空气质量流速的计算步骤和前面能量 平衡部分概括的相同 4 4 结论结论 1 通过实验得出了热敏感作物的安全干燥平均温度 30 45 度 2 干燥器显示出单位能耗除湿量 SMER 在 0 5 1 2kg kWh 3 除湿系统将干燥室入口处空气的相对湿度保持在 30 以下 4 系统损失约 25 的热量 通过进出口端 用于保持干燥空气的温度在 40 45 度左右 5 移动盘持续干燥相比于固定盘批量干燥可能效果更好 因为它导致了蒸发 器入口的高湿比 可以保持 SMER 值恒定 6 农业材料在除湿干燥器中的干燥过程并不是经常假设的等焓过程 干燥过 程不遵循等焓线 感谢感谢 作者要感谢萨斯喀彻温省农业和食品网以及加拿大自然科学与工程技术研究理 事会提供的财政支持 还要感谢农业与生物资源工程部的研发工程师威廉 杰 克 里勒先生在此期间给与的技术上的建议和支持 11 参考文献 参考文献 1 Achariyaviriya S Soponronnarit S Terdyothin A Mathematical model development and simulation of heat pump fruit dryer J Drying technology 2000 18 1 2 479 491 2 Adapa P K Performance study of a heat pump assisted dryer system for specialty crops J 2013 3 Alves Filho M Stranmen I The application of heat pump in drying of biomaterials J Drying technology 1996 14 9 2061 2090 4 Baines P G A Comparative Analysis of Heat Pump Dryers Ph D Thesis University of Otago New Zealand 1986 5 Clements S Jia X Jolly P Experimental verification of a heat pump assisted continuous dryer simulation model J International Journal of Energy Research 1993 17 1 19 28 6 Hodgett D L Elficient Drying Using Heat Pumps J The Chemicial Engineer 1976 3I I 510 512 7 Jay S Oliver T N Energy Consumption for Industrial Drying Process in the United Kingdom Drying94 Vol A pp 683 690 Proc 9th International Drying Symposium IDS 94 Gold Coast Australia 1994 8 McQuiston F C Parker J D Spitler J D Heating ventilating and air conditioning analysis and design M Wiley 2010 9 Prasertsa