闭式中温热泵消防水带干燥装置性能研究

作     者：唐荣琪 

作者单位：青岛理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘龙

授予年度：2022年

学科分类：03[法学] 08[工学] 0837[工学-安全科学与工程] 0838[工学-公安技术] 0306[法学-公安学] 

主      题：闭式热泵干燥 干燥特性 性能分析 (火用)分析 

摘      要：消防救援工作结束后,有一项重要的任务是清洗和干燥消防水带。目前清洗后的消防水带是通过铺在地上或悬挂在外墙上晾晒的方式进行干燥,效果不好并且浪费时间与人力。与传统干燥消防水带的技术相比,热泵干燥方式更节能,应用范围更广。针对热泵干燥的形式而言,闭式热泵干燥装置更具有节能以及提升物料品质的能力。为了提高消防水带的干燥速率,本文设计搭建一种闭式热泵干燥装置。根据消防水带的干燥工艺以及条件,研究消防水带的干燥特性。提高送风温度和送风速度可以提高干燥速率,为定量研究两者对闭式热泵干燥装置的影响,设计了多组基于闭式热泵的消防水带干燥实验。论文的主要工作成果包含以下几个方面:(1)分三步设计一种适用于消防水带干燥的热泵干燥装置。一是设计消防水带干燥用热泵实验平台,完成热泵的设计计算和选型;二是完成干燥室的设计,以实现快速卷盘、清洗和干燥消防水带的目的;三是设计热泵的控制逻辑,实现干燥过程的智能化控制。(2)对消防水带的干燥特性进行实验研究。以经验公式为基础,通过实验验证,选择Wang and Singh模型为最优消防水带干燥模型。消防水带干燥模型为MR(28)1(10)(7)0.93132-0.01916T-0.2131V(8)t(10)(7)-0.35614(10)0.00467T(10)0.07477V(8)t。(3)进行热泵性能对比实验。两组热泵的额定制热量相同,其中一组热泵的制冷剂为R22,另外一组为R134a。实验结果表明:制冷剂为R134a的热泵机组性能更好。随着送风温度的逐渐升高,当消防水带干燥到相同程度时,干燥时间逐渐缩短,干燥过程的耗电量呈现减小的趋势,干燥装置的单位能耗除湿量(SMER)和单位时间除湿量(MER)均逐渐升高,中温热泵干燥的效果越好。对于风机而言,送风速度增加时,干燥时间变短,但是风机的功率变大,导致风机能耗基本保持不变。(4)设计并完成了热泵干燥装置性能的实验研究。实验结果显示:采用R134a制冷剂的热泵干燥装置,随着送风温度的增加,COP降低、单位能耗除湿量(SMER)和单位时间除湿量(MER)均升高。风速为3m/s,送风温度为70℃时,干燥性能最优,SMER为0.533kg/k Wh,MER为1.5kg/h,比送风温度为40℃时,提高7.9%和117%。送风温度为50℃时,风速为4m/s时,干燥效果最好,SMER为0.55kg/k Wh,MER为1.116kg/h,比风速为2m/s时,提高17.2%和60.3%。(5)采用“(火用)分析的方法评价热泵干燥装置的性能。结果表明:当风速保持不变时,随着送风温度的不断升高,冷凝器(火用)损失逐渐升高,热泵系统(火用)效率逐渐增大。在热泵各部件(火用)损失占比情况中,冷凝器占比最大,因此主要节能手段为降低冷凝器(火用)损失。(6)节能性、经济性分析。热泵干燥系统中的(火用)损失主要为冷凝器产生的传热(火用)损失,占60.04%左右,因此热泵系统进行节能的措施主要为减小传热温差和减小压降损失。与自然晾干相比,采用热泵干燥装置进行干燥,干燥时间明显缩短,且节省人力物力。