1熱泵微波聯(lián)合干燥試驗(yàn)裝置 試驗(yàn)干燥裝置由蒸汽壓縮式熱泵除濕系統(tǒng)和連續(xù)帶式微波干燥室組成，由風(fēng)管連接成一個(gè)整體，磁控管產(chǎn)生的微波能通過微波導(dǎo)管射入干燥室，加熱被干燥的物料，熱量及質(zhì)量傳遞在裝置內(nèi)的兩個(gè)循環(huán)（空氣及制冷劑循環(huán)）中進(jìn)行?！ ≡诳諝庋h(huán)中，來自干燥室的一部分濕熱空氣直接經(jīng)過蒸發(fā)器冷卻除濕，從蒸發(fā)器出來的空氣與旁通空氣混合經(jīng)過冷凝器加熱后進(jìn)入干燥室，和微波能一起加熱干燥物料，并吸收物料濕分，從而構(gòu)成空氣循環(huán)。在制冷劑循環(huán)中，制冷劑在蒸發(fā)器中吸收干燥室出來熱濕空氣的熱量后汽化，汽化后的制冷劑被壓縮機(jī)吸入，壓縮機(jī)將其溫度及壓力升高后送入冷凝器，在冷凝器中制冷劑放熱給空氣并凝結(jié)為液體，高溫高壓液體最后通過膨脹閥產(chǎn)生低溫低壓的氣液混合物再次進(jìn)入蒸發(fā)器，從而構(gòu)成制冷循環(huán)?！ ”狙芯渴窍胩接憣岜梦⒉?lián)合干燥系統(tǒng)用于干燥中藥材和農(nóng)產(chǎn)品的可行性，所以試驗(yàn)干燥系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最高空氣溫度為70℃。系統(tǒng)選用R142b做為熱泵工質(zhì)；選用QR系列全封閉往復(fù)活塞壓縮機(jī)，用變頻器調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速；選用TQ5型熱電膨脹閥，將蒸發(fā)器過熱度控制在±0.5℃以內(nèi)；選用2M137型磁控管發(fā)射微波，它在2.45GHz時(shí)的最大輸出功率和轉(zhuǎn)換效率分別為1.2kW及70. 為了進(jìn)行系統(tǒng)的熱力學(xué)分析，就要測量大量的系統(tǒng)參數(shù)，對于空氣回路包括以下參數(shù)：總空氣質(zhì)量流量，旁通空氣質(zhì)量流量，及空氣的干濕球溫度。對于制冷劑回路包括以下參數(shù)：制冷劑的質(zhì)量流量，溫度及壓力?！ 榱舜_定熱泵微波干燥器的總性能，磁控管的輸入及輸出能量，空氣循環(huán)風(fēng)機(jī)電機(jī)的輸入功率，壓縮機(jī)馬達(dá)的輸入功率，蒸發(fā)器除去的水量，物料的濕含量及產(chǎn)量也必須測量?！ ≡囼?yàn)中使用的溫度儀表及制冷劑流量計(jì)的精度范圍為±0.3℃，空氣流量計(jì)的精度范圍為±2℃。電動機(jī)輸入功率的測量誤差在±5以內(nèi)，除去的水分及物料重量的測量誤差在±1以內(nèi)，磁控管的輸入功率通過直接測量輸入的電壓及電流值得到，其測量誤差在±0.5以內(nèi)，損耗及反射的微波能用二極管探測器測量，其精度在±10以內(nèi)。選擇泡沫橡膠作為本試驗(yàn)的干燥材料，它可以反復(fù)地吸濕，干燥而不會損耗和破壞?！ ?數(shù)學(xué)模型 在本研究之前，作者已經(jīng)建立了一套模擬熱泵對流干燥系統(tǒng)性能的數(shù)學(xué)模型，該模型由熱泵子模型和連續(xù)對流干燥室子模型組成，并由質(zhì)量及能量守衡定律將它們聯(lián)系起來。隨著微波加熱及干燥的介入，干燥室模型要考慮消耗到被干燥物料中的微波能，根據(jù)定義，消耗到單位體積電介質(zhì)物料中的微波能與微波電場強(qiáng)度和頻率有關(guān)?！ ∈澜绻J(rèn)的用于加熱與干燥的微波頻率是2.45GHz，因此，消耗到被干燥物料中的微波能僅與物料相對損失系數(shù)和電場在物料中的分布情況有關(guān)?！ ?.1微波場的分布 被干燥物料中的微波電場分布及數(shù)值大小是微波源（磁控管）發(fā)出的能量，磁控管在干燥室中的位置，干燥室的幾何形狀和物料的性質(zhì)及空間位置的復(fù)雜函數(shù)，對于一些簡單的幾何形狀，可以采用有限元法及其他數(shù)值方法進(jìn)行求解，然而對于工業(yè)尺寸的微波干燥器，其實(shí)際尺寸大，邊界條件復(fù)雜，使得干燥室內(nèi)微波場分布的數(shù)值計(jì)算極為困難，因此，為了分析工業(yè)尺寸的微波干燥問題，必須做一些假設(shè)。并聯(lián)波導(dǎo)管能夠改善使用場合內(nèi)部的微波場分布均勻性，因此，在本研究中假設(shè)干燥室內(nèi)的微波場是均勻分布的，即其電場強(qiáng)度是恒定的?！ ?.2物料損耗系數(shù) 在特定的微波頻率下，物料損耗系數(shù)是其物理性質(zhì)，溫度及含濕量的復(fù)雜函數(shù)，其準(zhǔn)確值必須通過實(shí)驗(yàn)來確定。但是，對于熱泵輔助微波干燥，物料溫度變化通常小于30℃，因此假設(shè)2.4GHz頻率時(shí)物料損耗系數(shù)在整個(gè)干燥過程中與溫度無關(guān)，因此對于特定的物料，損耗系數(shù)僅是物料含濕量的函數(shù)?！ ?結(jié)果與討論 3.1 系統(tǒng)參數(shù)的影響 為了進(jìn)一步了解熱泵微波干燥器的特性，尋求最優(yōu)設(shè)計(jì)，下面分析主要設(shè)計(jì)及運(yùn)行參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。干燥器的性能用單位能耗除濕量（SMER）及干燥產(chǎn)量來評價(jià)?！ 】諝馀酝识x為從蒸發(fā)器旁通的空氣質(zhì)量流量與系統(tǒng)中總空氣質(zhì)量流量之比?？諝馀酝蕦MER及干燥物料產(chǎn)量的影響如圖2所示。從圖中可以看出，試驗(yàn)與模擬的結(jié)果基本吻合，且最佳旁通率約為67（盡量旁通率對干燥器性能的影響不大）。應(yīng)該注意：最佳旁通率受總空氣質(zhì)量流量及蒸發(fā)器進(jìn)口的空氣相對濕度影響很大。隨著空氣相對濕度增加及總空氣流量減少，最佳旁通率降低。在本試驗(yàn)中，干燥泡沫橡膠時(shí)蒸發(fā)器進(jìn)口的空氣相對濕度在40～50之間，對于這樣低的相對濕度，可以采用較高的旁通率?！ ≡囼?yàn)及模擬結(jié)果都表明：隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速增加，SMER減少，而干燥產(chǎn)量增加。這種趨勢與對流干燥類似，只不過其變化速度較慢。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)主要是因?yàn)榇蠹s一半輸入到干燥室的能量為與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速無關(guān)的微波能。對于特定的設(shè)計(jì)，必須保持干燥產(chǎn)量及SMER的均衡?！ 脑撉€可以看出試驗(yàn)與模擬結(jié)果吻合很好，該曲線表明：在研究的范圍內(nèi)干燥器的性能對總空氣質(zhì)量流量不敏感。這種現(xiàn)象或許是由于通風(fēng)機(jī)的輸入功率小于系統(tǒng)總輸入功率的10這個(gè)事實(shí)造成的。這一點(diǎn)與熱泵對流干燥不同，熱泵對流干燥時(shí)存在最佳的總空氣質(zhì)量流量。 3.2熱泵微波干燥和對流干燥的比較 下面對熱泵微波干燥和對流干燥的能量效率和產(chǎn)量作一比較。輸入不同微波能時(shí)干燥泡沫橡膠的試驗(yàn)結(jié)果摘錄在表2中。所有情況下熱泵輸入功率約為4kW.表2清楚地表明：與對流干燥相比，微波干燥可以提高產(chǎn)量，但隨著輸入微波能增加，干燥器SMER減少，當(dāng)輸入的微波能從0增加到4.5kW時(shí)，試驗(yàn)干燥器的SMER從2.3減少到1.2kg（kWh）?！ “l(fā)電效率取30，按照一次能源消耗將熱泵微波聯(lián)合干燥器的SMER進(jìn)行換算，換算結(jié)果如表2所示。傳統(tǒng)的蒸汽加熱干燥器，能達(dá)到的最高SMER約為0.55kg（kWh）。從表中可以看出，試驗(yàn)干燥器使用一個(gè)磁控管時(shí)的一次能源消耗與設(shè)計(jì)最完善的傳統(tǒng)干燥相當(dāng)，而使用多個(gè)磁控管時(shí)微波干燥器的能量效率低于設(shè)計(jì)完善的蒸汽干燥器。應(yīng)該指出的是：在設(shè)計(jì)本試驗(yàn)干燥器時(shí)，由于受到場地和經(jīng)費(fèi)的限制，干燥室的尺寸做得比較小，嚴(yán)重限制了試驗(yàn)干燥器的效率。因此，經(jīng)過仔細(xì)設(shè)計(jì)的熱泵微波聯(lián)合干燥在能量利用方面可以和傳統(tǒng)對流干燥競爭?！ ?.3蔬菜的干燥 為了研究熱泵微波聯(lián)合干燥器在干燥實(shí)際商品時(shí)的性能，用胡蘿卜片和整姜在試驗(yàn)干燥器上進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果摘錄在表3中。結(jié)果表明：熱泵微波聯(lián)合干燥器在干燥胡蘿卜片時(shí)的性能與干燥泡沫橡膠類似；在干燥整姜時(shí)其性能降低很多，這是由于姜的高吸濕性造成的，同時(shí)姜結(jié)實(shí)的外皮也使其向表面擴(kuò)散濕分更加困難?！ ?結(jié)論 ?。?）空氣旁通率，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速及總空氣質(zhì)量流量等系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)對熱泵微波聯(lián)合干燥器SMER和干燥產(chǎn)量的影響與這些參數(shù)對熱泵對流干燥器的影響相似，僅有的差別是其變化速度比熱泵對流干燥器低?！ 。?）與熱泵干燥相比，熱泵微波聯(lián)合干燥可以提高干燥產(chǎn)量，但SMER降低，其大小與微波能的輸入量成比例。從試驗(yàn)的真實(shí)性而言，這一現(xiàn)象是微波加熱器（應(yīng)用器）駐波過大所致?！ 。?）通過精心設(shè)計(jì)，熱泵微波聯(lián)合干燥在能量消耗方面可以做到與傳統(tǒng)對流干燥相當(dāng)?！ 。?）干燥整姜和胡蘿卜片的試驗(yàn)結(jié)果表明：微波干燥器的SMER受被干燥物料特性的影響很大，對于象姜這樣的高吸濕性物料，其SMER下降很多。 來源:http://www.edry.cn/Html/news/20115/2011523145900.html
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