本文關(guān)鍵詞：基于自然冷資源利用的降溫加濕系統(tǒng)試驗(yàn)研究

  更多相關(guān)文章： 自然冷資源 翅片管式換熱器 濕冷系統(tǒng) 數(shù)值模擬 場(chǎng)協(xié)同

【摘要】：我國北方冬季漫長寒冷,自然冷資源豐富,夏季短暫炎熱,利用此氣候特點(diǎn),冬季貯冰至夏季用于生鮮、農(nóng)副產(chǎn)品的貯藏保鮮,可大大節(jié)約能源。目前常規(guī)制冷保鮮庫多采用電能驅(qū)動(dòng),使用制冷劑造成環(huán)境污染,同時(shí)消耗大量能源。在能源危機(jī)和環(huán)境污染日益嚴(yán)峻的情況下,利用自然冷資源貯冰蓄冷保鮮蔬菜水果即節(jié)約能源又保護(hù)環(huán)境,是一種清潔的綠色能源。合理開發(fā)利用可再生清潔能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)消耗性能源,是解決能源短缺和環(huán)境污染的關(guān)鍵。本文分析國內(nèi)外自然冷能利用的先進(jìn)技術(shù),結(jié)合北方地區(qū)氣候特點(diǎn)及試驗(yàn)條件,設(shè)計(jì)了一套引入自然冷能的降溫加濕裝置,冬季貯冰至夏季釋放冷量后得到溫度較低的冷水,代替?zhèn)鹘y(tǒng)制冷劑以間接換熱、內(nèi)循環(huán)制冷方式,預(yù)冷時(shí)間短,儲(chǔ)冰室與保鮮庫分離,大大提高保鮮庫空氣質(zhì)量。利用LabVIEW軟件平臺(tái)開發(fā)了空調(diào)環(huán)境自控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)溫度、濕度自動(dòng)控制和多點(diǎn)同時(shí)降溫。本文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:(1)對(duì)保鮮庫自動(dòng)控制系統(tǒng)整體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。基于虛擬儀器技術(shù)為平臺(tái),利用PCI-6225數(shù)據(jù)采集卡、遠(yuǎn)端模擬量輸出模塊RM441、溫濕度傳感器、CO2氣體濃度傳感器、漏電保護(hù)器與計(jì)算機(jī)等硬件,搭建空調(diào)測(cè)控系統(tǒng),對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、顯示、控制等操作。可實(shí)現(xiàn)對(duì)保鮮庫內(nèi)溫度、濕度、二氧化碳?xì)怏w濃度等各物理參數(shù)的測(cè)量與控制。通過Lab VIEW與Microsoft Access數(shù)據(jù)庫通訊,利用強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫管理功能對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、檢索、查詢、刪除等操作。(2)設(shè)計(jì)基于自然冷能貯冰蓄冷的冰水混合間接換熱系統(tǒng),對(duì)其核心設(shè)備翅片管式換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,根據(jù)保鮮庫需冷量計(jì)算得出迎風(fēng)面積0.16 m2、總傳熱面積8.6m2、換熱管總長度25.5m的四管排翅片管式換熱器。采用Design-expert8.0軟件分析冰水流量、迎面風(fēng)速、換熱管長三個(gè)因素對(duì)換熱量和壓力降的影響。建立回歸模型,得出換熱量最佳且壓力降最低的尋優(yōu)結(jié)果為:迎面風(fēng)速2.86m/s、冰水流量0.85m3/h、換熱管長24.36m,可得最優(yōu)換熱量4.92k W、壓力降56.98Pa。(3)利用ANSYS FLUENT軟件,對(duì)翅片管式換熱器空氣測(cè)的流動(dòng)與換熱特性進(jìn)行數(shù)值模擬,并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證,得到溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、平均場(chǎng)協(xié)同角的分布規(guī)律。分析不同迎面風(fēng)速、來流入角、來流溫度等對(duì)流動(dòng)換熱特性的影響。結(jié)果表明:迎面風(fēng)速對(duì)換熱影響顯著,迎面風(fēng)速分別取1.5~4m/s 6個(gè)不同值時(shí),換熱系數(shù)和壓力降分別增加了133%、428%;來流入角對(duì)翅片側(cè)的氣流分布影響大,過大或過小的來流入角會(huì)產(chǎn)生渦流及氣流分布不均勻現(xiàn)象,影響傳熱性能。來流入角30°時(shí)比0°時(shí)換熱系數(shù)增加了18.7%,即迎面風(fēng)速方向沿著冰水流動(dòng)的方向呈逐漸降低的分布方式,對(duì)換熱有利;利用場(chǎng)協(xié)同原理分析了平直翅片管式換熱器的換熱特性,迎面風(fēng)速在1.5~3.5 m/s范圍內(nèi)時(shí),平均場(chǎng)協(xié)同角隨迎面風(fēng)速增加而增加,平均場(chǎng)協(xié)同角度增加了12%,流場(chǎng)與溫度場(chǎng)的協(xié)同情況變差,對(duì)強(qiáng)化換熱不利。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到3.5m/s后,協(xié)同角度幾乎不隨風(fēng)速變化,最佳迎面風(fēng)速范圍介于2.5~3m/s之間。(4)在綜合分析傳統(tǒng)濕冷系統(tǒng)基礎(chǔ)上引入自然冷能,設(shè)計(jì)了噴霧式冷風(fēng)機(jī)濕冷系統(tǒng)。此系統(tǒng)同樣具備“三循環(huán)”,即噴霧水循環(huán)、冰水循環(huán)、濕空氣循環(huán)。分析和測(cè)試了噴淋水量、迎面風(fēng)速、濕球溫度對(duì)濕冷系統(tǒng)制冷性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:迎面風(fēng)速和噴淋水量是影響濕冷系統(tǒng)運(yùn)行效果的主要因素,換熱系數(shù)隨著迎面風(fēng)速和噴淋水量的增加而增加,達(dá)到最佳值后增加趨勢(shì)平緩。當(dāng)噴淋水量從0.08m3/h增至0.2m3/h,制冷量平均變化率增加了60.7%,確定最小噴淋水量為0.14 m3/h;迎面風(fēng)速取1.5~4m/s范圍,總換熱系數(shù)增加了46%,空氣對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)和能效比(EER)分別增加了43%和5%,最佳迎面風(fēng)速3 m/s,最小噴淋水量0.14m3/h時(shí),換熱系數(shù)高達(dá)114.78W/(m2·K);噴淋水的溫度對(duì)空氣降溫幾乎無影響;制冷量和能效比(EER)均隨入口濕球溫度的升高而減小,空氣濕球溫度從12℃增大至24℃時(shí),制冷量和能效比分別減少了5%和5.3%,空氣入口濕球溫度高對(duì)換熱不利,此濕冷系統(tǒng)適合北方干燥的地區(qū)使用;干工況下總換熱系數(shù)比噴霧工況總換熱系數(shù)下降了75%,該濕冷系統(tǒng)預(yù)冷時(shí)間短,實(shí)現(xiàn)低溫(3.8℃)、高濕(92%RH~100%RH)且相對(duì)穩(wěn)定的保鮮環(huán)境。(5)冰水制冷保鮮庫內(nèi)最低溫度在4℃左右,而大多果蔬保鮮溫度介于5℃~7℃區(qū)間,部分農(nóng)產(chǎn)品保鮮需要0℃~4℃,采用鹽水凍冰制冷可大幅降低保鮮庫溫度,擴(kuò)大農(nóng)產(chǎn)品保鮮貯藏溫度范圍。利用Design-expert8.0軟件分析了迎面風(fēng)速、鹽水濃度、管排數(shù)三個(gè)因素對(duì)保鮮庫內(nèi)溫度的影響,以溫度最低為優(yōu)化目標(biāo)的最優(yōu)參數(shù)為迎面風(fēng)速3.5 m/s、鹽水濃度10%、5管排換熱器時(shí),保鮮庫內(nèi)最低溫度為-1.12℃。(6)按保鮮庫實(shí)際儲(chǔ)量進(jìn)行2t西紅柿的保鮮計(jì)算。計(jì)算全年運(yùn)行耗冷量及需冰量,與傳統(tǒng)濕冷系統(tǒng)、普通機(jī)械制冷保鮮庫進(jìn)行成本效益對(duì)比分析,三種保鮮庫初期建設(shè)成本分別為6.11萬元、8.06萬元、8.6萬元,全年電費(fèi)消耗分別為0.19萬元、0.38萬元、0.77萬元,引入自然冷能可減少0.4t二氧化碳?xì)怏w的排放量,按保鮮庫使用周期10年計(jì)算,將自然冷資源引入果蔬保鮮庫中,可大大節(jié)約運(yùn)行成本,同時(shí)降低二氧化碳排放量,提高其環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益,有很大的發(fā)展前景。
【學(xué)位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP273;S37

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 潘小莉;王文明;周福君;;基于自然冷資源利用的濕冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)及性能試驗(yàn)[J];東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2016年02期

2 周福君;潘小莉;王文明;;冷庫冰水混合間接換熱器的傳熱與流動(dòng)特性[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào);2015年13期

3 王麗紅;梁榮慶;秦金偉;坎雜;李成松;朱興亮;;加工番茄果秧分離參數(shù)優(yōu)化及驗(yàn)證[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào);2015年05期

4 申江;張聰;路坤侖;劉麗;;蒸發(fā)式冷凝器順流式和逆流式換熱性能實(shí)驗(yàn)[J];制冷學(xué)報(bào);2015年03期

5 杜鵑;錢作勤;陳昌;代中元;劉江偉;;多種平直開縫翅片換熱特性的數(shù)值研究[J];南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2014年04期

6 代善良;楊建國;葉勝;;冷卻空氣分配對(duì)空冷凝汽器單排翅片管換熱性能的影響[J];熱力發(fā)電;2014年04期

7 王倩;戴紹碧;徐娓;;濕冷冷庫系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2013年18期

8 李健;姜微波;;預(yù)冷技術(shù)在果蔬采后保鮮中的應(yīng)用研究[J];北京工商大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年03期

9 勵(lì)建榮;朱丹實(shí);;果蔬保鮮新技術(shù)研究進(jìn)展[J];食品與生物技術(shù)學(xué)報(bào);2012年04期

10 王敬歡;黃虎;張忠斌;張進(jìn)賢;張萬新;陳澤民;;不同型式的翅片管式換熱器迎風(fēng)面風(fēng)速不均勻性實(shí)驗(yàn)研究[J];建筑科學(xué);2012年02期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 代善良;迎面風(fēng)速對(duì)直接空冷凝汽器流動(dòng)換熱特性的影響[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

2 王為良;管殼式換熱器殼側(cè)流場(chǎng)數(shù)值模擬[D];中國石油大學(xué);2010年

，

本文編號(hào)：1306425