文摘

小说抛物槽聚光太阳能加热建立了烟丝干燥系统。V型金属腔的开口宽度影响吸收器进行了研究。烟丝干燥数学模型计算了四阶龙格-库塔数值解的方法被用来模拟烟丝干燥过程。最后采用正交试验方法优化烟丝干燥过程的参数。结果表明,升温速率,习得因素,收集器系统效率提高和增加开放吸收器的宽度。仿真结果与实验数据吻合较好,烟丝干燥过程。模拟和实验值之间的相对误差小于8%,表明该数学模型是准确的烟丝气流干燥过程。最优制备条件是一个入口气流速度15 m / s,一个初始烟丝含水率为26%,和一个入口气流温度为200°C。干燥器的热效率和最后的烟丝含水率分别为66.32%和14.15%,分别。结果表明,抛物面槽聚光太阳能加热的热量追索权候选人烟丝干燥系统。

1。介绍

太阳能目前代表了最丰富的取之不尽的,无污染的,免费的能源资源,可以有积极意义在缓解全球能源短缺和环境污染。有丰富的太阳能资源和良好的经济云南省烟草行业,位于中国的西南。然而,干燥烟丝香烟生产过程的工厂需要大量的热能(150°C ~ 300°C)。如果丰富的太阳能资源用于干燥的烟丝在香烟厂生产过程,我们不仅可以节省大量的化石能源,但也扩大太阳能利用领域。在这篇文章中,太阳能干燥烟丝过程将追究。

然而,太阳能在本质上是间歇性的,收到了地球上的小通量密度由于大气散射和堕胎,有必要利用大型表面收集太阳能干燥烟丝过程利用率。用于太阳能热转换的主要技术是太阳能集热器的热过程组成。有两种基本类型的太阳能集热器,平板和集中太阳能收集器。平板收集器的优势吸收梁和辐射扩散,因此,仍然功能当电子束辐射云切断。吸收太阳辐射面积是一样的区域拦截太阳辐射。然而,平板集热器的设计应用程序需要能量在温度低于100°C,说明他们不适合干燥烟丝过程。集中收集器利用光学系统像反射,折射等等来增加太阳辐射强度事件在车体表面。产生高温的主要优势,可用于干燥烟丝过程。

抛物槽太阳能集热器(PTC)是一种中间/高集中收藏家,被广泛应用于发电、空调、供暖、海水淡化等。传统接收机用于PTC是真空管。管之间因为不同的膨胀系数的金属和玻璃管,真空管接收器的成本相对较高,和它的使用寿命很短。因此,许多研究关注调查腔吸收器。博伊德等。1)首先开发了一个接收器,由一个环形圆柱管的孔径与圆柱的轴线平行。集中的孔径是被集中器,如镜头、腔内的辐射能量分散,墙壁和传播,吸收热量,环内的工作流体轴向流动。减少辐射损失的管周围是一层热绝缘体。这个设计的主要优势在于独家使用目前常用材料和制造技术。为了减少热损失,这个环形圆柱管提高了Barra和Franceschi2]。八个小圆柱管内部的大圆柱管,用于流体传输。Qiaoli et al。3)提出了方案,紧密连接集群和管的内壁。此外,Zhang et al。4]建立了一系列吸收与三角形、圆形,半球形和广场,模拟光学性能和热性能使用软件程序TracePro和流利。结果表明,三角形腔吸收器结构拥有最好的光学性能和热性能,从而获得收集效率高于40%,温度条件下收集150°C。基于以上研究,小说腔吸收器是由本文调查的。PTC系统与V型金属腔吸收器相似三角形结构可用于干燥烟丝过程和热损失是制约腔辐射。为了降低吸收成本,铝合金被选为吸收剂的材料。

由于传热之间的耦合效应,传质,和能源、空气干燥过程变得复杂。为了分析空气干燥烟丝过程,仿真模型进行了讨论。Fukuchi et al。5]认为烟丝是等于体积球体和模拟的运动特征,表明模拟结果与实验结果吻合良好。模型建立了等效球模拟的过热蒸汽干燥过程Pakowski et al。6]。结果表明含水率的分解烟草模拟和出口温度的模拟与实验值吻合良好。基于这些仿真结果,仿真模型的空气干燥烟丝过程和干燥过程的工艺参数研究了烟丝进行优化研究。

摘要抛物槽集中系统与V型金属腔吸收器是用于为烟丝干燥系统提供热量。为了减少入射光能量损失,防止腔吸收器变形、V型金属腔的宽度计算吸收器,确保稳定的热能PTC系统提供的足够烟丝干燥过程。此外,烟丝干燥过程的数学模型,采用四阶龙格-库塔数值计算方法和计算模型的精度与实验结果进行了分析。

2。材料和方法

2.1。材料

太阳能干燥过程之前,烟丝样本进行预处理,加湿器和24小时的平衡含水量条件下的温度°C和相对湿度。烟丝样品的水分含量由YC / t31 - 1996标准测试方法(7]。

2.2。实验设备

2.2.1。抛物槽聚光太阳能加热的烟丝干燥系统

图的抛物槽聚光太阳能加热烟丝干燥系统是图所示1(一)。设计的主要参数表1。烟丝的抛物槽聚光太阳能加热干燥过程说明如下。首先,当阳光到达抛物线槽集中器镜子,太阳能跟踪器调整使金属V腔体配合PTC的焦距。由于光热光谱分析转换,传热油是用来与腔体交换热量,然后加热到预定温度。其次,排风扇打开和交换的热空气传热油转移到干燥管。当热空气的温度达到目标温度的干燥管、烟丝进行预处理对干燥过程放入干燥管。第三,当完成干燥过程,烟丝干燥后的产物与气流进入旋风分离器,分离气流。第四,气流被回收到下一个干燥过程的一部分,左阀提供的气流是S2。电加热器被用来稳定导热油的输出温度当太阳辐照度变化。

2.2.2。测试能流密度分布的示意图

为了分析腔开口宽度的影响能量通量密度分布,测试示意图如图2。如图2抛物槽的宽度和焦距集中器镜是3.2和117厘米,分别。有宽10厘米兰伯特目标,中性密度衰减器(灰)、CCD工业相机、电脑和太阳能跟踪控制系统,和其他地区。测试方法是由我们的以前的工作(详细8]。

3所示。烟丝干燥数学模型

3.1。假设

在这个工作中,一个相对简单的一维模型(9,10)采用假设没有径向或轴向分散流。烟丝颗粒的形状被视为平等的体积范围和有一个统一的尺寸。直径和密度变化的烟丝颗粒干燥过程中被忽略了。墙上的干燥管具有良好的绝缘和大气环境没有热量交换。

3.2。干燥过程的数学模型

烟丝粒子的动量方程如下:

之间的关系和在(1表所示)2(11]。

气流的运动方程如下:

的参数(2),单位体积内的粒子数干燥管,根据实验条件确定。

烟丝粒子的微分方程和气流湿度分布如下: 干燥的传质速率方程如下: 烟丝颗粒湿度的微分方程如下:

传质系数,施密特数,普朗特数在(6)和有关计算根据提出的相关文献(12]:

结合(3)和(6),气流的微分方程和湿度可以获得

烟丝粒子的热平衡方程

对流传热系数气流和烟丝颗粒(9)与罗素数量有关并计算了文献[12]。

气体的热平衡方程如下:

管径的微分方程如下:

在那里,可调管的扩张角。

根据方程(1)(2)和(6)(11),锥形管式空气干燥烟丝数学模型成立。然后用四阶龙格-库塔该数学模型的计算方法和Matlab软件程序。

4所示。结果与讨论

4.1。抛物槽的加热实验集中系统

实验研究分析腔开口宽度的影响在收集器的温度,如图3。

从图可以看出3,当太阳辐照强度低时,空腔的开口宽度7厘米加热速度更快,因为4厘米的空腔与开口宽度相对较大的热损失。当运行时增加到1个月,4厘米的空腔开口宽度较大的变形。至于空腔的开口宽度7厘米,几乎不是绝缘外壳的变形除外壳接缝。这些改变之前和之后加热腔形状如图4。

为了分析腔开口宽度对能流密度分布的影响,测试结果如图5。在测试过程中,太阳直射在测量是568 W / m²。从图可以看出5,95%的能量集中在焦线浓度在0 - 7.5厘米。当腔吸收器与开口宽度的4厘米,有能源外腔的一部分集中在绝缘外壳。这可能是因为住房绝缘材料和吸声材料是不同的。开口宽度的腔吸收器4厘米有严重变形时强调。7厘米的空腔吸收与开口宽度可以吸收大部分的能量。绝缘外壳吸收更少的能量,只会导致外壳合缝处的变形。

跟踪精度的影响被忽略时,这个收集器系统的光学效率等于镜反射率的产物,习得因素,和空腔吸收率。腔的收购因素吸收器的宽4厘米,7厘米的0.81和0.96,分别。收集器系统效率是使用以下公式计算:

当导热油温度为230°C,收集器系统腔吸收器的效率与开口宽度的4厘米和7厘米是10.9%和25.2%,分别。结果表明,升温速率,习得因素,收集器系统效率随着增加的开口宽度增加吸收器,也可以防止腔变形。它自然,稳定导热温度可以提高石油产量。

4.2。设计和施工的可变直径干燥管

4.2.1。准备干燥管直径近似的变量

本文使用Fedorov方法近似计算的干燥管直径和高度。

数量计算由以下方程:

通过图6发现之间的关系和并通过图7发现之间的关系和的传热系数颗粒之间的空气和材料如下: 悬浮粒子速度如下: 粒子的总表面面积如下: 材料和空气之间的平均温差 干燥过程的时间 长度干燥管的如下: 直径干燥管的

的设计参数代入上面的公式烟丝干燥。参数如表所示3。

4.2.2。仿真速度可变直径干燥管流动

减少类型干燥管由两个不同直径的直管和扩张管连接。在实际的环境中,不正确的值将导致沉积物在干燥管干燥过程。根据实际的模型使用ANSYS流利的流体流动模型沉积物会使流道堵塞,对干燥的效果有很大的影响甚至事故。

图8显示了热空气的入口温度为200°C, 15米/秒的速度;变量的角度是和,分别。我们得到了流场的速度可变直径干燥管通过ANSYS流利。

图8表明,当是,有回流区域变量直径可变直径干燥管。回流区将使沉积物在干燥管干燥过程。当是,没有回流区域变量直径干燥管。在实际设计中,可变直径干燥管的高度和热损失被认为是;变量的角度60°可以满足烟丝干燥过程的要求。

4.2.3。生产的可变直径干燥管

根据上面的计算和分析,变量直径干燥管的设计和采用不锈钢304 2毫米的厚度。它是通过支架固定,确保干燥管垂直。干燥管的参数和照片如图9。

4.3。烟丝干燥过程

4.3.1。烟丝干燥过程的模拟

气流和烟丝的分布仿真参数如表所示4。在图所示的速度10随干燥过程的高度。在加速部分(范围从0米到1.2米),气流速度略有降低,烟丝的增加迅速增加干燥管的高度。在过渡区(从1.2米到1.25米),气流速度大幅降低和增加烟丝的缓慢增加干燥管的高度。但在常数部分(从1.25米到3.25米),气流的速度和烟丝降低逐渐增高。

如图10 (b),气流的温度随干燥管高度的增加而减小。烟丝温度的增加在加速部分慢慢增加迅速增加的干燥管高度。这是烟丝是放入高速气流干燥管和迅速分离。然后气流之间的接触面积,增加烟丝,表明这两种传热传质率提高。在加速的部分,因为烟丝颗粒的相对速度很大,两个气相中传热领域一起与固相体积传热系数提高。它自然,烟丝温度升高迅速加速部分。但在常数部分,气流和烟丝粒子的相对速度基本保持不变,所以烟丝颗粒的速度不再增加和时间的烟丝干燥管是长时间的。

4.3.2。数学模型的验证

烟丝颗粒干燥过程的数学模型,计算了利用四阶龙格-库塔数值解的方法。实验条件(12),仿真和实验结果如表所示5和数字11,12,13,分别。

数据11,12,13内容显示最终的烟丝水分,温度,和最后的气流温度的仿真结果相同。从这可以看出,仿真结果与实验数据吻合较好,烟丝干燥过程。模拟和实验值之间的相对误差小于8%,表明该数学模型是准确的烟丝气流干燥过程。

4.4。烟丝干燥过程的优化参数

最初的烟丝含水率的影响,进口气流速度和温度对烟丝干燥过程研究了三因素三水平的正交试验。标准来确定最优参数条件最后烟丝含水率和干燥器的热效率。优化结果如表所示6。

根据正交试验的结果,可以看出,热效率增加而增加气流温度和入口烟丝含水率但随气流速度的降低而减小。结果表明最优制备条件是一个入口气流速度15 m / s,一个初始的烟丝含水率为26%,和一个入口气流温度为200°C。干燥器的热效率和最后的烟丝含水率分别为66.32%和14.15%,分别。最后的烟丝含水率符合烟丝干燥过程的要求。结果表明,抛物面槽聚光太阳能加热将潜在的热追索权烟丝干燥系统。

5。结论

小说抛物槽聚光太阳能加热建立了烟丝干燥系统。结果表明,升温速率,习得因素,收集器系统效率随着增加的开口宽度增加吸收器,也可以防止腔变形。使用烟丝干燥数学模型仿真结果与实验数据在良好的协议对烟丝干燥过程。最优制备条件是一个入口气流速度15 m / s,一个初始的烟丝含水率为26%,和一个入口气流温度为200°C。干燥器的热效率和最后的烟丝含水率分别为66.32%和14.15%,分别。结果表明,抛物面槽聚光太阳能加热的热量追索权候选人烟丝干燥系统。

命名法

:	干燥管横截面积,m2
:	干物质的比热容,kJ /(公斤·°C)
:	水的比热容,kJ /(公斤·°C)
:	湿空气的比热容,kJ /(公斤·°C)
:	传热油的比热容,kJ /(公斤·°C)
:	干燥管直径,m
:	粒子大小、米
:	烘箱干燥的空气流,公斤/ s
:	烘箱干燥颗粒大小流,公斤/ s
:	对流换热系数,W / (m2·°C)
:	传质系数,公斤/ (m2·s)
:	单位体积内粒子数,1 / m3
:	努塞尔特数
:	饱和蒸汽压,
:	普朗特数
:	0°C水的汽化潜热,kJ /(公斤·°C)
:	雷诺数
:	空气温度,°C
:	粒子温度,°C
:	蒸汽速度,m / s
:	粒子速度,m / s
:	传质速率,W / (m2·°C·s)
:	材料的水分含量,% d.b。
:	绝对湿度的空气,% d.b。
:	空气饱和含水量
:	干燥管长度,m。

希腊

:	阻力系数
:	空气的导热系数,J / (m·°C·s)
:	湿材料的密度,公斤/米3
:	湿空气的密度,公斤/米3
:	烤箱干密度的材料,公斤/米3
:	变径角
:	收集器系统效率
:	干燥管道热效率。

下标

:	入口
:	出口。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

本研究在国家自然科学基金的支持下,中国(批准号U1137605),科技部门的应用基础研究项目的基础云南省,中国(批准号2011 dfa60460)。