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热泵干燥系统优化设计与建模研究

热泵干燥系统优化设计与建模研究

作者：戴家傲烟台大学

学位级别：硕士

热泵干燥设备因其节能环保的特点,在越来越多的干燥领域得到了广泛的应用。本文根据干燥工艺要求的除湿标准,确定每小时的除湿量,设计并搭建了针对海产品的热泵干燥实验台,选择刺参为干燥对象,对热泵干燥室内物料的传热传质规律进行了... 详细信息

热泵干燥设备因其节能环保的特点,在越来越多的干燥领域得到了广泛的应用。本文根据干燥工艺要求的除湿标准,确定每小时的除湿量,设计并搭建了针对海产品的热泵干燥实验台,选择刺参为干燥对象,对热泵干燥室内物料的传热传质规律进行了仿真研究,设计了匹配该热泵干燥设备的数据采集和监测系统,干燥后的物料符合国标中高品质的感官要求。移动式的干燥设备后期可作为成型产品向刺参养殖散户推广。论文的主要内容分为以下几个方面:1、首先对热泵干燥机的主要部件进行了选型设计。针对大部分海产品低温干燥的特性,设计了具备快速升温、除湿、降温多种运行模式的热泵实验台,在完成干燥过程所需除湿量和循环空气量计算后,对热泵干燥设备主要机组部件包括压缩机、冷凝器、电子膨胀阀和蒸发器进行选型计算。根据设计结果搭建了热泵干燥实验台。选定刺参为干燥物料,使用该实验台测试了刺参的干燥特性。补充部分实验测试刺参的基本物性参数用于建模分析。2、对干燥箱内物料传热传质规律进行模拟研究。通过仿真软件对干燥箱进行模拟,在软件内实现了温度、风速、水分传输等多个物理场耦合,根据实际情况设置边界条件,在设置控制方程和划分网格后模拟得到干燥箱内刺参干燥过程的热湿迁移规律。模拟结果和实验结果中刺参温度和含水率变化呈现较好的一致性,平均偏差率在10%以内,证明该模型可用于同种类型的海产品干燥。由模拟结果发现,随着干燥过程的进行,刺参含水率从表层向内部呈现依次递减的规律,温度从干燥箱入口向出口呈现递减的规律。物料内部的温度随干燥时间的增加逐渐升高,最终接近入口温度,需要的时间随着进口风速的增大而缩短。刺参中心点含水率分别从初始542%、595%、682和516%下降到50%、53%、56%和52%,温度则分别经过70min、80min、120min、180min接近进口温度45℃、40℃、33℃、30℃。模拟得到的含水率在干燥前期略低于实验值而后期则略高于实验值,其原因可能是实际过程中刺参的尺寸收缩、孔隙率变化引起物料蒸发率减少。结合国标中的感官要求对干燥后的刺参品质进行分析,发现热泵干燥温度40℃、干燥介质流速2m/sm/s时刺参的成型品质较好,此温度和风速条件可同时保证刺参的干燥时间和品质,是较为理想的干燥条件。3、在使用试验结果验证模型后,设计了顺排和叉排模型来探究物料数量和排布方式对含水率变化的影响。结果表明,物料交叉排列时水分散失更快,而在在相同的干燥箱内,随着干燥物料数量的增加,排列方式对含水率的影响逐渐明显,因此物料在保证分散排布的同时应尽量选择叉排的排列方式可以增加换热效果。为了解决干燥箱单一入口下的流场温湿度分布不均匀的情况,建立了底板送风的喷口模型,通过模拟结果中刺参内部含水率变化发现,设计热泵干燥箱时采用喷口模型可以提高干燥物料的温度和含水率均匀性,避免短时间干燥内温湿度不均匀的情况,因此实际设计中可采用此种喷口模型。4、设计数据采集及监测平台,实现对干燥箱内温湿度、风速等参数及机组主要部件的压力和温度参数进行采集并实时输出,在此基础上,设计了上位机的检测系统,利用PLC控制器实现了模拟量的输入和输出,保证干燥过程中控制温度稳定,人机交互便利,便于干燥设备的实际使用和推广。

关键词：刺参干燥热泵干燥实验台传热传质模型控制系统

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真空冷冻干燥在线测试系统设计与测试

食品与机械 2020年第1期36卷 116-120页

作者：赵海波彭鑫吴坤戴家傲烟台大学海洋学院山东烟台264005 烟台职业学院山东烟台264670 烟台大学土木学院山东烟台264005

为获得真空冷冻干燥过程的含水率与温度实时数据,监控干燥过程,提出了一种新型真空冷冻干燥在线测试系统并开展了试验测试。该系统由单片机、应变式压力传感器、热电阻、模数转换模块、OLED屏等部件组成,采用无线数据传输,设计中进行了... 详细信息

为获得真空冷冻干燥过程的含水率与温度实时数据,监控干燥过程,提出了一种新型真空冷冻干燥在线测试系统并开展了试验测试。该系统由单片机、应变式压力传感器、热电阻、模数转换模块、OLED屏等部件组成,采用无线数据传输,设计中进行了温度修正与减振设计。试验测试表明,该系统可用于真空冷冻干燥过程中质量、含水率、温度的实时测量,且质量在5~50g范围内,测量值与实际值的相对偏差为-1.6%~2.7%,在-40~40℃范围内温度测量偏差在±3%以内,具有较好的精度。

关键词：真空冷冻干燥质量含水率温度在线监控

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刺参远红外干燥实验研究

现代食品科技 2018年第3期34卷 101-107页

作者：赵海波戴家傲乔玲敏张玲玲吴坤烟台大学海洋学院山东烟台264005 烟台大学土木学院山东烟台264005 烟台顿汉布什工业有限公司山东烟台264003

为寻找新型刺参干燥技术,本文采用实验方法研究了刺参在远红外干燥条件下的干燥特性,分析了相对含水率、干燥速率、收缩率和复水率等参数的动态变化规律,以及干燥温度对干制刺参品质的影响,比较分析了13种预测刺参远红外干燥特性的薄层... 详细信息

为寻找新型刺参干燥技术,本文采用实验方法研究了刺参在远红外干燥条件下的干燥特性,分析了相对含水率、干燥速率、收缩率和复水率等参数的动态变化规律,以及干燥温度对干制刺参品质的影响,比较分析了13种预测刺参远红外干燥特性的薄层干燥模型。结果表明,温度对刺参相对含水率、干燥速率、收缩率和复水率均有重要影响。在干燥初期,刺参的干燥速率与温度呈正相关,而到了干燥中后期,温度对干燥速率的正相关影响不太明显,甚至温度低的干燥速率反而更高。刺参收缩率和复水率均随干燥温度的升高逐渐增加,且温度越高增加越明显。60℃条件下干燥时间为14 h,干制品复水率可达5.0,且质量较好,是较理想的远红外干燥温度值。在干燥模型方面,Two-term exponential模型精度最好,R2可达0.993,能更好地的预测远红外干燥中刺参相对含水率的变化。

关键词：刺参远红外干燥薄层模型含水率

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刺参物性参数实验研究

食品科技 2018年第7期43卷 72-76页

作者：赵海波戴家傲刘焕卫吴坤烟台大学海洋学院烟台264005 烟台大学土木学院烟台264005 烟台顿汉布什工业有限公司烟台264003

刺参的物性参数是确定其加工工艺和研制加工设备的重要基础参数,但相关数据严重缺乏。通过实验方法测试得到了刺参的导热系数、比热容、密度和孔隙率4个物性参数的计算公式,分析其随含水率变化的规律。结果表明,在所研究的含水率范围内... 详细信息

刺参的物性参数是确定其加工工艺和研制加工设备的重要基础参数,但相关数据严重缺乏。通过实验方法测试得到了刺参的导热系数、比热容、密度和孔隙率4个物性参数的计算公式,分析其随含水率变化的规律。结果表明,在所研究的含水率范围内,刺参的导热系数为(0.043～0.245)W/m·K,比热容为(1.35～4.35)kJ/kg·K,密度为(917.6～967.5)kg/m^3,孔隙率为42.3%～37.2%,且刺参的导热系数、比热容、密度均随含水率的增加而增加,而孔隙率则随含水率的增加而降低。

关键词：物性参数导热系数比热容密度孔隙率刺参

螺旋翅片强化定形机热管换热器的空气侧流动与传热性能

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染整技术 2023年第2期45卷 36-43页

作者：宋磊刁永发戴家傲东华大学环境科学与工程学院上海201620

以螺旋翅片强化定形机热管换热器为研究对象,使用Fluent软件对空气侧流动与传热过程进行数值计算,对比分析了螺旋翅片管、平直翅片管和光管的传热性能,得到了螺旋翅片厚度、间距、横向管间距对热管管束性能的影响结果。计算分析入口风速... 详细信息

以螺旋翅片强化定形机热管换热器为研究对象,使用Fluent软件对空气侧流动与传热过程进行数值计算,对比分析了螺旋翅片管、平直翅片管和光管的传热性能,得到了螺旋翅片厚度、间距、横向管间距对热管管束性能的影响结果。计算分析入口风速为2~8 m/s、翅片间距为3~6 mm、翅片厚度为0.8~1.2 mm、横向管间距为50~90 mm的不同参数组合模型的努塞尔数Nu、欧拉数Eu、综合评价因子j/f。结果表明:新风入口速度增大,Nu与j/f减小,Eu增大,换热器换热性能下降,所受阻力增大,因此入口风速不宜过大;螺旋翅片的强化换热效果最好,综合评价因子j/f比平直翅片、光管提高了9.27%、202.30%;在一定范围内,减小翅片厚度和横向管间距能够提升换热器的换热性能,翅片间距为5 mm时热管管束综合性能最好。

关键词：热管换热器螺旋翅片空气侧传热特性阻力特性

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热泵干燥条件下刺参有效扩散系数的研究

制冷学报 2018年第5期39卷 77-83页

作者：赵海波杨昭戴家傲乔玲敏张玲玲烟台大学海洋学院烟台264005 天津大学机械工程学院天津300072 烟台大学土木学院烟台264005

有效扩散系数D_(eff)是干燥传质研究的重要基础数据之一,现有D_(eff)研究大多侧重于考虑干燥温度t而忽视干基含水率X、收缩变形的影响。本文建立了刺参干燥有限元模型和D_(eff)计算模型,以X数据的模拟值与实验值之差最小为优化目标,计... 详细信息

有效扩散系数D_(eff)是干燥传质研究的重要基础数据之一,现有D_(eff)研究大多侧重于考虑干燥温度t而忽视干基含水率X、收缩变形的影响。本文建立了刺参干燥有限元模型和D_(eff)计算模型,以X数据的模拟值与实验值之差最小为优化目标,计算得到D_(eff),对比分析了收缩变形、t和X对刺参D_(eff)的影响。研究表明:收缩变形、t及X均对D_(eff)影响较大,同时考虑上述3个影响因素得到的D_(eff)比仅考虑t及X影响时小3.9%～14.6%,而考虑收缩变形和t影响得到的D_(eff)比仅考虑t影响时小8.7%～14.5%,且刺参D_(eff)均随t和X的升高而增加。考虑收缩变形、t和X等对D_(eff)的影响后,刺参干燥模型模拟得到的X与实验值吻合最好,相关系数高于0.994。模拟得到的刺参内部D_(eff)按由内向外逐渐降低的规律分布,干燥从1 h进行至15 h,内外D_(eff)差值由6.4×10^(-10) m^2/s降至0.9×10^(-10) m^2/s,中心处D_(eff)则由14.6×10^(-10) m^2/s降至8.9×10^(-10) m^2/s。

关键词：热泵传质有效扩散系数干燥刺参

文学创新与文化建构——论汤亭亭的跨语言写作

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中国文学研究 2024年第1期 191-199页

作者：钟家傲湖南大学文学院湖南长沙410082

汤亭亭的文学性与文化性特色在其跨语言写作中有着充分展示。她将粤方言、标准汉语及中式的洋泾浜英语纳入了自己的文学语言之中,有机地达成了英语与汉语两种语言的跨语言写作。她的异质语言文字的整合运用写作实践中蕴含着多重文化指... 详细信息

汤亭亭的文学性与文化性特色在其跨语言写作中有着充分展示。她将粤方言、标准汉语及中式的洋泾浜英语纳入了自己的文学语言之中,有机地达成了英语与汉语两种语言的跨语言写作。她的异质语言文字的整合运用写作实践中蕴含着多重文化指涉。借助跨语言写作,汤亭亭在一定程度上实现了她创作另类诗化小说的理想。以汤亭亭为代表的华裔作者在跨语言写作中结合了中西文化,较好地实现了异质文化的融合。这既是文学创新,也是文化建构,从侧面展现了中国文化和思想在异域的极强生命力,具有较大的理论价值和现实意义。

关键词：汤亭亭文学语言跨语言写作中国文化文化建构

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仿刺参热泵干燥特性及动力学模型

水产科学 2022年第3期41卷 409-416页

作者：张静峰赵海波乔玲敏戴家傲王海祥曲勇烟台大学土木工程学院山东烟台264005 烟台大学海洋学院山东烟台264005 烟台艾克伦特新能源科技有限公司山东烟台264006 东华大学环境科学与工程学院上海201620 烟台欧森纳地源空调股份有限公司山东烟台264004

为建立仿刺参干燥动力学模型并研究其热泵干燥特性,选择规格一致的鲜活仿刺参进行预处理,经预处理后测得仿刺参的干基含水率为550%~650%。在不同干燥空气温度和相对湿度条件下进行6组仿刺参干燥试验,干燥空气温度分别为30、35、40℃和45... 详细信息

为建立仿刺参干燥动力学模型并研究其热泵干燥特性,选择规格一致的鲜活仿刺参进行预处理,经预处理后测得仿刺参的干基含水率为550%~650%。在不同干燥空气温度和相对湿度条件下进行6组仿刺参干燥试验,干燥空气温度分别为30、35、40℃和45℃,相对湿度分别为10%、15%和20%,干燥风速为2 m/s。每组试验干燥时间20 h,每隔30 min测量1次仿刺参质量,干燥终止时,仿刺参干基含水率为30%~75%。结合仿刺参热泵干燥试验数据对8种常用的干燥模型进行改进,将干燥模型中的系数拟合为空气温度和相对湿度的函数,得到4种情况下不同模型中的系数,并利用4种评价指标比较不同模型拟合程度。试验结果表明,干燥空气的温度与相对湿度参数均可影响仿刺参的热泵干燥过程,干燥空气温度越高,相对湿度越低,干燥速率越快。Page模型适合描述仿刺参热泵干燥过程,且同时考虑干燥空气温度和相对湿度的影响比不考虑或只考虑单一种参数的影响时的模拟精度更高。

关键词：仿刺参热泵干燥干燥特性动力学模型

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碳纤维电热线发热规律实验与建模分析

烟台大学学报（自然科学与工程版） 2019年第4期32卷 362-368页

作者：戴家傲赵海波孔凡和烟台大学土木工程学院山东烟台264005 烟台大学海洋学院山东烟台264005 山东碳加能源科技有限公司山东烟台264000

为深入了解碳纤维电热线发热特性,本文针对12k和24k内芯线径的碳纤维电热线进行了电热性能测试,得到不同长度的碳纤维电热线发热规律.研究发现,通断电后,碳纤维电热线表面温度升降速度极快,最高升温速率可达82.9℃/min,最高降温速率可... 详细信息

为深入了解碳纤维电热线发热特性,本文针对12k和24k内芯线径的碳纤维电热线进行了电热性能测试,得到不同长度的碳纤维电热线发热规律.研究发现,通断电后,碳纤维电热线表面温度升降速度极快,最高升温速率可达82.9℃/min,最高降温速率可达80℃/min,保持通电期间,表面温度趋于稳定,且该稳定温度随长度增加而降低.长度从7m增加到12m后,12k和24k线径碳纤维稳定温度分别从122℃和166℃降至53℃和71℃,且波动值均在±3℃以内.使用COMSOL Multiphysics软件对碳纤维电热线进行模拟分析,模拟的发热规律与实验结果吻合较好,误差在7%以内.研究表明,通电后温度快速升高然后保持恒定是碳纤维电热线的两大特点.碳纤维电热线采暖系统是一种安全稳定的电采暖形式,在煤改电及其他恒温用热中有很广阔的应用前景.

关键词：碳纤维电热线模拟分析升温速率