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開題報(bào)告
學(xué)生姓名： 學(xué) 號：
所在學(xué)院：
專 業(yè)：
設(shè)計(jì)(論文)題目：10立方米太陽能熱風(fēng)干燥箱設(shè)計(jì)
指導(dǎo)教師：
20XX年 3 月 6 日
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
1.結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫
2000字左右的文獻(xiàn)綜述：
文 獻(xiàn) 綜 述
能源在全球各個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民生活、社會進(jìn)步等領(lǐng)域都是必不可少的物質(zhì)基礎(chǔ)。它既是國民發(fā)展的動力，同時也是權(quán)衡一個國家國力、人民生活水平以及國家文明發(fā)達(dá)程度的重要指標(biāo)之一。保持穩(wěn)定的能源供應(yīng)，自古至今一直是每個國家發(fā)展的重中之重[1]。伴隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的不斷加快，能源消耗量也在不斷增大，能源利用的方式也在不斷地細(xì)化深化，但與此同時，能源的生產(chǎn)和消費(fèi)的方式與環(huán)境保護(hù)之間的沖突也越來越明顯。
由于環(huán)境保護(hù)的日益重要，各國都在積極尋找解決溫室氣體排放問題的方法，可再生能源特別是太陽能利用成為關(guān)注的重點(diǎn) [2]。
太陽能是一種清潔能源，又屬于可再生能源，而且，我們又是在免費(fèi)使用它，又不需要進(jìn)行運(yùn)輸，最重要的是它對環(huán)境不會造成污染和破壞[3]。但太陽能也有兩個主要缺點(diǎn)：一是能量密度低；二是太陽能的強(qiáng)弱會受各種各樣因素的左右，從而不可能保持在一定的量，這兩個缺點(diǎn)極大地制約了太陽能在各方面的推廣。
我國由于地域遼闊，所以太陽能資源相當(dāng)豐富,全國大概有60%左右的地方年總輻射量都在500萬kJ/ m2以上 ,而且年日照時數(shù)更是達(dá)到2000h以上[4]。其中尤其要數(shù)以青藏高原為代表的中南部地區(qū)的太陽能資源最為豐富,年平均達(dá)670一840萬kJ/㎡,這個值與撒哈拉沙漠地區(qū)[5]相近。在我國除了這些地方之外,由于終年比較潮濕，每年太陽輻射量肯定與西北地區(qū)無法相比,但由于氣溫高,太陽能干燥設(shè)備的熱損失就會相對小,太陽能的可利用系數(shù)屬我國最大。自1975年以來,我國對太陽 能干燥技術(shù)的研究開發(fā)和推廣應(yīng)用,進(jìn)行了大量工作,取得了可喜的成果。
1.太陽能干燥技術(shù)及其利用
干燥，是農(nóng)產(chǎn)品制造與儲存過程中的極其重要程序。就目前而言，中國絕大多數(shù)食品加工企業(yè)多數(shù)采用的都是常壓的熱風(fēng)干燥法[6]。太陽能干燥，就是使用太陽能輻射所產(chǎn)生的熱量，使產(chǎn)品中的水分減少，達(dá)到干燥的目的。目前，世界上使用太陽能進(jìn)行干燥的裝置主要有以下這幾種類型：集熱器式干燥、溫室式干燥、太陽能集熱器與熱泵系統(tǒng)聯(lián)合供熱干燥、集熱器和溫室結(jié)合式干燥等[7]。
1.1太陽能干燥的利用
1.1.1太陽能干燥農(nóng)副產(chǎn)品
在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程和農(nóng)副產(chǎn)品加工生產(chǎn)的過程中，為了方便對農(nóng)副產(chǎn)品進(jìn)行運(yùn)輸和存儲，干燥便成了其中一個十分重要的環(huán)節(jié)，當(dāng)然這個環(huán)節(jié)也是耗能量非常大的環(huán)節(jié)。經(jīng)過許多試驗(yàn)證實(shí)，使用太陽能干燥相關(guān)產(chǎn)品的所用時間較短，具有衛(wèi)生質(zhì)量高、效率高、品質(zhì)好等許多優(yōu)點(diǎn)，飽受贊譽(yù)[8]，使產(chǎn)品擁有較高的經(jīng)濟(jì)效益[9]。如今有專家對太陽能干燥這些產(chǎn)品的各種項(xiàng)目進(jìn)行了解析，涉及到方方面面，如：龍眼[10]、香蕉片[11]、無核白葡萄、谷物[12]、魚和枸杞 [13] 等，這些研究的成果都表明干燥后產(chǎn)物的質(zhì)量都有了一定的提高[14]。上述這些成果都能表明用太陽能進(jìn)行干燥的產(chǎn)品它的質(zhì)量依然是能夠獲得肯定的。用太陽能干燥設(shè)備對谷類進(jìn)行干燥時，投入相對較少，但是干燥量相對的也少，一般適應(yīng)于個人農(nóng)戶，但是溫室型能夠去除不良天氣的涼曬等一些問題； 蔬菜與果品，對蔬菜進(jìn)行干燥的目的主要是為了更好地保存，這樣有利于降低果蔬包裝和運(yùn)輸?shù)某杀尽?
1.1.2太陽能干燥藥材
眼下，太陽能干燥在干燥藥材方面也有著十分廣泛的應(yīng)用，對國內(nèi)的中草藥材的干燥處理，主要是依靠露天攤曬和烘房烘烤兩種方式，這是這兩種方式受氣候影響十分嚴(yán)重，而且也造成原料得發(fā)霉和不清潔等不利影響；另一方面也是由于對烘房內(nèi)的各種因素條件不能及時的進(jìn)行監(jiān)測與控制，例如相對濕度、溫度、物料脫水量等等，這樣便會造成藥材藥性的大量損失。中草藥如果能使用太陽能來干燥，就能獲得比較不錯的經(jīng)濟(jì)收入，其中是因?yàn)橹胁菟幒枯^高，干燥時所消耗的能量較大；另外大部分中草藥的性味比較的厲害，不能對其進(jìn)行高溫的加快干燥。以我國珍貴的三七[15]為例，因?yàn)楫?dāng)前科學(xué)技術(shù)一系列問題，到目前為止絕大部分農(nóng)戶依然繼續(xù)用簡陋的露天天然曬干等方式對其干燥。這種干燥方法有很多缺點(diǎn)，例如進(jìn)行干燥的占地的面積過大，占用大量城市道路交通等，給城市交通安全等問題造成了相當(dāng)大的壓力；也是因?yàn)槔鲜笙x害、大氣污染等問題的產(chǎn)生，對干燥之后的產(chǎn)品產(chǎn)生了相當(dāng)大的不良影響。還有很多藥材也是這樣，例如陳皮[16]。所以，利用合理、高效的利用太陽能來干燥中草藥顯得相當(dāng)重要，這樣才能獲得更好的經(jīng)濟(jì)利潤 ，這也是最近這些年年來世界上各個國家大多數(shù)太陽能熱利用研究的熱點(diǎn)之一[17-22]。
1.1.3太陽能干燥木材
到現(xiàn)在為止，全世界各個國家使用太陽能來干燥木料的使用的范圍非常小，其中絕大多數(shù)都是簡單的溫室型的干燥器，而且其中大部分的體積通常比10m3小 ，根據(jù)相關(guān)方面的統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在全球僅僅擁有三百多個使用太陽能輻射來干燥木料的干燥室，其中中國有近 20 個。這是因?yàn)槟静脑谧匀桓稍锏倪^程中都是很容易變形的，而且經(jīng)常會出現(xiàn)龜裂等情況，這樣大大影響木材的品質(zhì)，如果采用太陽能干燥，這樣就可以很大程度上減少木材的龜裂情況的出現(xiàn)[23]。木料的除濕過程是木料加工時耗能最多的程序之一, 大概會占到加工總耗能的 42%～73%[24]。干燥過時會造成的大量污染，這也是我國環(huán)境破壞的源頭之一, 因此干燥過程中的節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境問題是重中之重。
1.1.4太陽能干燥在其他方面的應(yīng)用
太陽能干燥也還在其他很多方面有著大量的使用，例如，該技術(shù)在鹽業(yè)方面的利用也有了持續(xù)的增強(qiáng)，在現(xiàn)在食用鹽生產(chǎn)過程中，食鹽是鹵水中提出的大粒鹽須經(jīng)過粉碎、洗鹽、離心脫水、加碘、干燥等工藝，產(chǎn)品含水在0. 5%以下才能包裝儲存[25]。干燥設(shè)備通常采用振動式流化床或固定式流化床，并配備鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、熱源、除塵器等。
2.太陽能熱風(fēng)干燥系統(tǒng)
2.1太陽能集熱器
集熱器是一種十分重要的裝置，可以把太陽輻射能轉(zhuǎn)換為熱量，它也是太陽能利用過程中的重要裝置[3]。按照集熱器的傳熱工質(zhì)的物態(tài)可分為液體和空氣集熱器兩大類；按照集熱器是能聚光把它分為非聚光和聚光兩大類；根據(jù)集熱器能否抽真空可分為平板型集熱器和真空管型集熱器兩類；按照集熱器的工作溫度范圍的不同可以把集熱器分為低溫集熱器、中溫和高溫集熱器這三類集熱器。
空氣集熱器是太陽能干燥器中的相當(dāng)重要的部件[26]。因?yàn)檎婵展芴柲芗療崞鲹碛猩釗p失小，保溫效果較好，抗凍能力相對較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)（在南極等極寒地區(qū)都有優(yōu)良的表現(xiàn)）；真空管面對臺風(fēng)時的阻力小，抵抗臺風(fēng)的能力強(qiáng)，熱效率更是高達(dá)93%，系統(tǒng)熱效率也能達(dá)到46%。它的使用時間也是相對較長的，因?yàn)樗挠昧鲜歉吲鸸璨Ａ?，它的里外涂層在環(huán)境里不會被氧化，在不會受外力作用的條件下使用時間可以超20年以上。
1. 內(nèi)玻璃管 2.太陽選擇性吸收圖層 3.真空夾層 4.罩玻璃管
5.支撐件 6.吸氣膜 7.吸氣劑
圖1 真空管集熱器的結(jié)構(gòu)示意
2.2干燥箱
干燥箱一般情況下為一的箱體，它的向陽的一面和上面通常蓋有平板玻璃，剩下的面都是用來隔熱的夾層，干燥箱材料選用和集熱器大致是相同[27]。
2.3擱架與擱板
它們的材料的選取比較簡單，一般就選用普通常見的金屬材料就可以。擱架一般固定在干燥室的內(nèi)側(cè)，擱板是一種活動的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，擱板的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的孔眼大小選擇應(yīng)該足以保證被干燥的物料不會從中漏下。
2.4風(fēng)機(jī)
如果擱板上已經(jīng)擺放好了準(zhǔn)備要干燥的產(chǎn)品后，將會對干燥箱內(nèi)空氣的流動產(chǎn)生一定程度的阻力，為了在干燥室內(nèi)產(chǎn)生一個相對良好的風(fēng)速，所以應(yīng)該在干燥室的頂部放置一臺風(fēng)機(jī)；調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的風(fēng)力的大小便可以方便地調(diào)節(jié)干燥箱中的空氣流速和通風(fēng)量，并且能及時將濕空氣排出干燥箱[26]。
3.工作過程
1.太陽 2.風(fēng)機(jī) 3.太陽能空氣集熱器 4.管道 5.干燥箱
圖2 太陽能熱風(fēng)干燥機(jī)結(jié)構(gòu)
如何確定太陽能熱風(fēng)干燥機(jī)集熱器的安裝傾角，這個角度應(yīng)該和當(dāng)?shù)氐木暥然颈３窒嗤?，如圖2，這樣做是為了保證充足的日照。以玉米的干燥為例，被干燥的玉米攤放在各個擱板上，并且層層分開一一擺放在干燥箱的擱架上，最后再開始對玉米進(jìn)行干燥。
太陽輻射在穿過太陽能空氣集熱器上的玻璃蓋板后，然后照射到集熱器的吸熱板上，太陽能被吸熱板吸收并與此同時轉(zhuǎn)換成熱能，該熱能用對熱集熱器內(nèi)的空氣進(jìn)行加熱，使空氣的溫度漸漸的上升。在風(fēng)機(jī)的推動下，導(dǎo)致干燥室內(nèi)的空氣壓力逐漸下降，同時，熱空氣由于密度較低，具有向上流動的趨向，正是這樣才使空氣持續(xù)地向干燥室內(nèi)進(jìn)行流動。
加熱后的氣流將熱量傳導(dǎo)給擱板上等待被干燥的物料，這樣就會使物料中的水分持續(xù)氣化并且減少。上升的熱氣流會把水汽從中帶走，這樣就達(dá)到干燥物料的目的。在風(fēng)機(jī)的作用下將潮濕的熱氣排出到干燥室外，與此同時便實(shí)現(xiàn)了干燥介質(zhì)之間的強(qiáng)制循環(huán)和強(qiáng)化對流換熱[28]，完成這些后便可以減短干燥的周期。
4.適用范圍
該干燥箱主要能應(yīng)用于那些想要比較高的溫度又同時獲得一個清潔干燥的產(chǎn)品，如玉米[29]等一些常見的谷類；鹿茸和黃芪等中藥材；煙葉[30]、瓜子、茶葉、啤酒花、桂圓和紅棗等常用于生活的農(nóng)副產(chǎn)品。
5.結(jié)束語
干燥這個行業(yè)，耗能相對較高，所以節(jié)能減排的任務(wù)也相對較重[31]。在我國，許許多多的農(nóng)產(chǎn)品、林業(yè)產(chǎn)品與食品，其中大多數(shù)都適于利用太陽能的低溫或中溫進(jìn)行干燥，也能對部分溫度較高時的干燥進(jìn)行提前干燥，相對而言，還是比較有未來的。眾所周知，太陽能是一種環(huán)保能源，所以太陽能干燥對于我國提倡的一些環(huán)境保護(hù)的政策有積極響應(yīng)的作用，近年來，我國相關(guān)部門對太陽能干燥這方面的產(chǎn)業(yè)也給予很多政策性支持，同時也加大對其的宣傳力度。
本課題將以太陽能為能源進(jìn)行設(shè)計(jì)利用干燥箱，同樣起到了節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的效果，也具有現(xiàn)實(shí)意義。
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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：
本課題是對以太陽能為能量來源的熱風(fēng)干燥器進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過空氣集熱器來收集熱量，來加熱通入的空氣，將加熱后的空氣（干球溫度：60℃、相對濕度：70%）通過風(fēng)機(jī)通入干燥箱（10立方米），使其內(nèi)的氣壓降低，同時，由于熱空氣的密度相對較小，所以便會具有一種向上流動的趨勢，于是熱空氣便會不斷地向干燥箱內(nèi)進(jìn)行流動，對干燥箱內(nèi)的物料不斷進(jìn)行干燥，這樣便能使物料中的水分不斷氣化并且減少。同時上升的熱氣流也能及時把水汽帶走，這樣便會達(dá)到干燥物料的目的。
1.太陽 2.風(fēng)機(jī) 3.太陽能空氣集熱器 4.管道 5.干燥箱
擬采用的研究手段：
（1）設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇，干燥能力的設(shè)計(jì)，干燥器使用地點(diǎn)的確定，確定該地區(qū)的經(jīng)緯度，海拔高度，日均太陽能輻射,年日照時數(shù),年均太能高度角等參數(shù)；
（2）計(jì)算該系統(tǒng)確定的最大的排濕量的大小，由被干燥物體的含水率，排出的濕空氣溫度,相對濕度等數(shù)據(jù)計(jì)算得出；
（3）干燥過程耗熱量的計(jì)算,計(jì)算出在整個過程中的參數(shù)T1 d1，T2 d2，T3 d3。最后便能得出太陽能集熱器所能提供的有效熱量 Q1；
（4）集熱器的計(jì)算和選型，因?yàn)樵摷療崞鞯臒嵝矢?、使用時間長、價格較為適當(dāng)?shù)?,因此便選用真空管太陽能空氣集熱器。根據(jù)太陽能集熱器供給的有效熱量，日均太陽能輻射，真空管太陽能空氣集熱器效率計(jì)算出采光面積；
2. 內(nèi)玻璃管 2.太陽選擇性吸收圖層 3.真空夾層 4.罩玻璃管
5.支撐件 6.吸氣膜 7.吸氣劑
（5）風(fēng)機(jī)的選用，計(jì)算整個過程提供的風(fēng)量及風(fēng)阻大小，以此來決定風(fēng)機(jī)的型號。
設(shè)計(jì)時應(yīng)該注意的問題：
（1） 由于太陽能屬那種間歇性的能源，一個光照相對可以的地方，地面上1㎡大小的地方能夠接收到的能量只有1kw，所以要想滿足大部分的使用要求，通常需要一個相當(dāng)大的采光面積，這樣就會使裝置面積變大、裝置所用的材料也會增多多、同時便會使成本逐漸增加；
（2） 由于太陽能比較容易受天氣的影響，便給太陽能的使用帶來不少麻煩，而這對于太陽能的干燥來說，這樣勢必會造成設(shè)備初期的投資會較高、系統(tǒng)也不會那么穩(wěn)定、同時便造成干燥周期變長等一系列問題；
（3） 為了保證干燥效率，使結(jié)構(gòu)緊湊，安裝時應(yīng)注意；
（4）在設(shè)計(jì)制造時應(yīng)當(dāng)按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同時符合鍋爐設(shè)計(jì)制造的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
指導(dǎo)教師意見：
1．對“文獻(xiàn)綜述”的評語：
2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測：
指導(dǎo)教師：
年 月 日
所在專業(yè)審查意見：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
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