封闭式热泵洗碗机干燥热湿过程及性能研究

作     者：缪泽华 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：巫江虹

授予年度：2020年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：洗碗机 热泵干燥 封闭式 数学模型 

摘      要：用洗碗机替代手工餐具清洗已成为一种趋势,目前洗碗机的干燥方式主要为余温干燥,通过提高餐具温度,将水分蒸发至周围环境,这使得周围家居材料容易腐烂,同时整机能耗高,干燥时间长。为解决这一问题,本文将热泵干燥技术应用于洗碗机。热泵干燥作为主动式热风干燥的一种,无需将餐具加热到较高的起始温度,因此漂洗阶段可用冷水替代热水,降低洗碗机运行能耗,还兼具干燥效果好,干燥时间短等优势。本文主要研究内容为建立并求解封闭式热泵洗碗机干燥全过程理论模型,设计并搭建应用于洗碗机的热泵干燥系统,实验分析洗碗机干燥系统性能与运行参数的相互关系,具体内容如下:首先通过耦合湿空气传热传质模型和热泵循环模型,建立并求解封闭式热泵洗碗机干燥全过程模型,模型求解借助MATLAB程序,其中时间步长设置为10s,有效传热面积设置为8.54 m。分析模型结果,发现蒸发器处冷凝水质量只占餐具表面水分蒸发量的50.7%,要想达到1.08的干燥指数,干燥时间应为30分钟。根据模型计算结果,设计搭建了一套封闭式热泵洗碗机干燥系统,根据洗碗机运行过程,干燥阶段热湿负荷为640.3W。在满足此要求的前提下,依据制热循环热力计算,对系统主要部件进行设计选型。此外本文对比不同制冷剂的物性参数,择优选择了R134a作为循环工质。然后对封闭式热泵洗碗机干燥系统进行实验研究,了解动态干燥过程中湿空气运行特性和热泵系统性能,并通过对比实验,分析制热量、气流组织、蒸发温度对干燥效果的影响。实验结果显示:改善气流组织最有利于提高干燥指数,而降低蒸发温度和增加制热量也能提高干燥效果,前者的影响强于后者。洗碗机干燥前800s,系统主要需求为提高制热量,干燥800s后,系统主要需求为提高蒸发器除湿能力。实验数据显示,当平均制热量为623W,过热度为7.5℃,供风方式为上供25分钟加下供5分钟,干燥指数为1.08,满足干燥要求,但全气候实验下,环境温度高于或低于23℃,干燥指数都有所下降。实验数据也用于模型验证,分别对供风温度、回风温度、制热量和制冷量的平均实验值和平均模拟值进行对比,两者相差不超过3%。最后研究解决了市场上洗碗机的3个痛点:系统不影响周围环境,洗碗机运行过程全封闭;洗碗机整机能耗低,相比采用余温干燥的德国Miele牌洗碗机,系统节能19.3%,单次运行成本降低0.093元;最后干燥时间短,总耗时从60分钟缩短至30分钟。