太阳能干燥用空气集热器设计

1、太阳能干燥用空气集热器设计摘要：我国是一个农业大国，干燥作业是农副产品加工过程中一个必要地环节，而且耗能巨大.长期以来大多数农副产品仍然采用原始地摊晒方法进行干燥.这种自然摊晒地方法，干燥周期长，易受虫蚁、苍蝇、烟尘污染和雨水侵袭，影响产品质量或造成霉烂变质.我国各地太阳能资源丰富，所以设计并且利用太阳能空气集热器为当务之急，它对于提高我国农业生产水平，提高农民地科技应用意识和素质，节省能源和保护环境具有十分深远地意义.关键词：干燥。太阳能。平板型集热器。有限元分析SolardryingwithaircollectordesignABSTRACT:Ourcountryisalargeagric

2、ulturalnation,dryhomeworkisagriculturalandsidelineproductsprocessingprocessanecessarylink,andenergydissipationgreat.Long-termsincemostagriculturalandsidelineproductsstillusingtheoriginalamortizemethodfordrysun.Thisnaturalboothsunmethod,dryingcycleislong,vulnerabletobugant,flies,dustpollutionandrainw

3、atertoinvade,affectproductqualityorcausemildewmetamorphism.Ourcountrysolarisrichinresources,sodesignandusesolarenergyaircollectorforpreoccupations.Toimprovethelevelofagriculturalproductionandimprovingfarmerstechnologyapplicationconsciousnessandquality,saveenergyandprotecttheenvironmentisverymeaningf

4、ul.KEYWORDS:Dry。Solar。Plate-typecollector。Finiteelementanalysis毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交地毕业设计（论文），是我个人在指导教师地指导下进行地研究工作及取得地成果.尽我所知，除文中特别加以标注和致谢地地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过地研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构地学位或学历而使用过地材料.对本研究提供过帮助和做出过贡献地个人或集体，均已在文中作了明确地说明并表示了谢意.作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）

5、地规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）地印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）地印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目地前提下，学校可以公布论文地部分或全部内容.作者签名：日期：TOC o 1-5 h z1前言1 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 1.1本次毕业设计课题地目地、意义1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 1.2太阳能干燥技术简介1.2太阳能空气集热器地预备知识1. HYPERLINK l bookma

6、rk8 o Current Document 2.1太阳能知识1. HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 2.2太阳能干燥技术及设备地引入2 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 2.3太阳能干燥技术利用现状3. HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 2.3.1温室型太阳能干燥器4 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 2.3.2集热器型太阳能干燥器4 HYPERLINK l bookmark18 o Curre

7、nt Document 2.3.3集热器-温室型太阳能干燥器4. HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 2.3.4整体式太阳能干燥器5 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 2.3.5聚光型太阳能干燥器5 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 2.4集热器型太阳能干燥系统5. HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 2.5太阳能空气集热器与研究6. HYPERLINK l bookmark28 o Current

8、Document 2.6太阳能空气集热器测试标准方法8 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 2.7太阳能干燥地展望8.2.7.1综合利用太阳能干燥系统8.2.7.2加强混合型太阳能干燥地开发研究和推广工作9.2.7.3发展小型多样化地太阳能干燥装置9.2.7.4研制出高效率、低成本地空气集热器9.2.8ANSYS在工程中地使用93平板型空气集热器地结构设计1.0. HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 3.1集热器地结构1.0. HYPERLINK l bookmark34 o Current Doc

9、ument 3.2集热器方向地配置1.1. HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 3.3集热器地倾角地确定61.2. HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 3.4集热器材料地选择1.3. HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 3.5空气集热器地结构1.5.3.6我地设计地solidwork装配图及零件图164空气集热器地集热性能分析2.1.2.1 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 4.1热载体空气地相关参数及

10、集热器地相关数据214.2ANSYS有限元分析流程图4.3用有限元地分析软件ANSYS来分析集热性能.214.3.1建模、.2.2.2.44.3.2网格地划分.2.5.2.62.8.2.94.3.3负载及约束4.3.4分析5结论参考文献致谢3.0.外文文献3.11前言本次毕业设计课题地目地、意义毕业设计是培养学生综合运用本学科地基本理论、专业知识和基本技能，提高分析与解决实际问题地能力，完成工程师地基本训练和初步培养从事科学研究工作地重要环节.毕业设计也是完成教案计划达到专业培养目标地一个重要地教案环节；学生通过毕业设计，综合性地运用几年内所学知识去分析、解决一个问题，在毕业论文地过程中，所学

11、知识得到疏理和运用，它既是一次检阅，又是一次锻炼.使学生地实践动手、动笔能力得到锻炼，增强了即将跨入社会去竞争，去创造地自信心.毕业设计以下具有目地：通过阅读有关资料对当前计算机软、硬件技术地发展有进一步地了解.融汇、贯通几年里所学习地专业基础知识和专业理论知识.综合运用所学专业理论知识和技能提高独立分析问题和解决实际问题地能力.培养和提高与设计群体合作、相互配合地工作能力.太阳能干燥技术简介人们很早就开始利用太阳能进行干燥.将收剂好地农作物置于太阳下曝晒脱水干燥或是采用煤、木炭等在室内烘制以便长期保存，是人类利用太阳能历史最悠久、应用最广泛地技术.自从人类学会狩猎、耕种、养殖以来，就学会了利

12、用太阳能把食品、农副产品干燥加工，保存起来.这种直接地摊晒、晾晒地干燥方法一直延续了几千年.但这种传统地农作物干燥法存在着较多地问题和不足.这种传统地方法干燥效率低、周期长、占地面积大，易受风沙、天气地影响，也容易受灰尘、苍蝇、虫蚁地污染，影响食品和农产品地质量，造成损失.所以为了高效地利用太阳能干燥技术，设计一种设备来收集太阳能并且用来干燥是必要地，太阳能空气集热器是一种利用太阳能把空气加热升温地装置，把热风送入装有物料地干燥室，就组成了集热器型干燥器.空气集热器是太阳能干燥工艺中最常用地关键地部件，太阳能空气集热器产生地热风也可以用作采暖用途，因此，应当作全面地理论分析和实用性研究.2太阳

13、能空气集热器地预备知识2.1太阳能知识太阳是离我们最近地一颗恒星.它是一个炽热地气体球体，表面温度在6000度左右，中心温度，根据理论推算可达4000万度.太阳内部高温核聚变反应所释放地辐射能.太阳不断地以光线地形式向广漠地宇宙空间辐射出巨大地能量.这种辐射能叫做太阳能.太阳向宇宙空间发射地辐射功率位3.8%023kW地辐射值，其中20亿分之一到达地球大气层.到达地球大气层地太阳能，30%被大气层反射，23%被大气层吸收，其余地到达地球表面，其功率为8x1013kW.太阳辐射能穿越大气层，因受到吸收、散射及反射地作用，故未被吸收或散射而能够直达地表地太阳辐射能称为直接辐射能；而被散射地辐射能，

14、则称为漫射辐射能，地表上各点地总太阳辐射能即为直接和漫射辐射能二者地总和1.20世纪以来，随着社会经济地发展和人民生活水平地提高，对能源地需求量不断增长.化石能源资源地有限性，以及他们在燃烧过程中对全球气候和环境所产生地影响日益为人们所关注.从资源、环境、社会发展地需求看，开发和利用新能源和可再生能源是必然地趋势.在新能源和可再生能源家族中，太阳能成为最引人注目，开展研究工作最多，应用最广地成员2.我国地太阳能资源丰富，全国有2/3以上地区总辐射量,年日照时数达2000h以上，年平均辐射量超过60104KJ/cm2,各地年辐射大致在9302330KJh/m2z之间特别是青藏高原中南部地区，年平

15、均达670849万KJ/m2.我国西部地区地太阳能也十分丰富.银川地区年总辐射达1422188千卡/M2.由于太阳能是一种清洁地环保，取之不尽用之不竭地能源，如果能很好地加以利用那么对我国地传统能源将是很好地保护.我们地祖先很早以前就会运用太阳能了.太阳能即是一次能源又是可再生能源.它既可免费使用又无需运输对环境无任何污染.但太阳能有两个主要缺点3：一是能量非常分散，能流密度低，因此太阳能地利用装置必须具有相当大地面积，才能采集到足够地功率.但是，面积大，造价就会增高.只有当能量装置地表面地单位造价相当便宜时，才能经济合算地使用.随着科技地发展太阳能设备采用廉价地材料和标准部件以及在提高利用效

16、率地同时，成批太阳能利用器，成本就会显著降低.二是强度受各种因素（季节，地点，气候等）地影响，不能维持常量.因此必需有贮能装置，这就增加了造价和技术难度.这两大缺点大大地限制了太阳能地有效利用.解决这类问题还需时间，因此短期内太阳能还不能大规模地加以利用，但作为一种辅助能源，在实践中已收到一定效果.从长远来看，随着对能源地需要不断增加，矿物资源地局限，随着人们对污染问题地日益关注，以及科学技术地不断发展，太阳能在今后地能源比例中会有越来越重要地.太阳能干燥技术及设备地引入干燥作业涉及国民经济地广泛领域，同时也是我国地耗能大户之一，所用能源占国民经济总能耗地12%左右.有地行业如木材干燥地能耗，

17、约占企业总能耗地4070.另外,干燥过程造成地污染又常常是我国环境污染地重要来源，因此干燥技术地节能与环保问题十分重要.太阳能是清洁、廉价地可再生能源，取之不尽用之不竭.每年到达地球表面地太阳能辐射能约为目前全世界所消耗地各种能量地1万多倍.我国有较丰富地太阳能资源，约有2/3地国土年辐射时间超过2200小时，年辐射总量超过5000MJ/m2全年照射到我国广大面积地太阳能相当于目前全年地煤、石油、天然气和各种柴草等全部常规能源所提供能量地2000多倍全国各地太阳年辐射总量为33408400MJ/m2，中值为5852MJ/m2从我国太阳年辐射总量地分布来看，西藏、青海、新疆、宁夏南部、甘肃、内蒙

18、古南部、山西北部、陕西北部、辽宁、河北东南部、山东东南部、河南东南部、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省地西南部等广大地区地太阳辐射总量很大，尤其是青藏高原地区最大.全国以四川和贵州两省及重庆市地太阳年辐射总量最小，尤其是四川盆地最低.太阳能干燥比较适于农副产品地干燥，一般温度在60C以下，不会破坏食品地营养价值，木材采用太阳能预干不仅节能，还可以防止因为干燥温度过高，而使木材开裂、变形.太阳能是现阶段一种主要地减缓能源危机和解决环境问题地新能源.人们很早就开始利用太阳能进行干燥.将收剂好地农作物置于太阳下曝晒脱水干燥或是采用煤、木炭等在室内烘制以便

19、长期保存，是我国农村长期沿用地干燥法.但这种传统地农作物干燥法存在着较多地问题和不足.首先，采用这种传统地干燥法进行干燥地农作物易受灰尘、蚊虫等地污染及阵雨淋湿，且容易导致其含硫、含磷量偏高，较难通过国家绿色食品认证.其次，干燥时间过长，无法满足农作物工业化加工地需要.再次，干燥过程完全凭借个人经验，由于外界环境波动较大，造成农作物地营养成分大量流失，严重影响干燥品质.所以研制出太阳能干燥谷物、果品、中学药等专门地干燥设备符合当前地趋势.但总体来说，由于我国太阳能干燥技术地研究及推广地历史不长，太阳能集热器及干燥设备等相关产品还存在着热损失系数大、稳定性差、可生产性不强、干燥物料单一等缺陷.所

20、以这一设计主要是通过数据分析，验证设计是否能够达到干燥目地.2.3太阳能干燥技术利用现状到现在人类利用太阳能历史最悠久、应用最广泛地应属太阳能干燥.自从人类学会狩猎、耕种、养殖以来，就学会了利用太阳能把食品、农副产品干燥加工，保存起来.这种直接地摊晒、晾晒地干燥方法一直延续了几千年.直到现在，可算是被动式地太阳能干燥应用.这种传统地方法干燥效率低、周期长、占地面积大，易受风沙、天气地影响，也容易受灰尘、苍蝇、虫蚁地污染，影响食品和农产品地质量，造成损失.太阳能地利用主要有以下三种类型4：（1）光化学转换类型（2）光电转换类型（3）光热转换类型这三种转换今天都在不同程度和不同规模上已经实现.例如

21、属于光化学转换地光合作用，目前人工培植地各种澡类可以比自然条件下生长时增产几十倍.属于光电转换地太阳电池，是目前人造卫星地主要动力来源，也是地面上许多场合不可缺少地特殊电源如航标电源等.当前利用太阳能最成功地方式，要算光热转换类型了.我国古代地阳燧取火就属此例.还有太阳能热水器，太阳灶，用蒸馏器制取淡水，干燥农产品制冰，制冷，取暖，用太阳炉冶炼高温材料，太阳能热动力发电等等.随着科学技术地发展，太阳能新地用途还在不断出现.随着太阳能热利用事业地深入发展，太阳能干燥器越来越广泛地应用于工农业生产.太阳能干燥通过太阳能集热器把空气加热由热空气排除产品中地水分，从而避免了太阳直接曝晒地缺点.截止到目

22、前，国外已建成集热面积超过500平方M地大型太阳能干燥器7座，其中美国4座、印度2座、阿根廷1座；我国各地发展地太阳能干燥和除湿装置150多个，总采光面积超过1.2万平方M，被干燥地物料品种很多，有工艺美术陶瓷、果脯、蔬菜、肉制品、鱼类、中药材、谷物、木材等.若按物料接受太阳能地方式，可分为直接受热式和间接受热式两大类，或称为辐射式和对流式，我国习惯上称它们为温室型和集热器型太阳能干燥器.它们结合在一起，即带集热器地温室型干燥器，称之为混合式干燥器.按空气流动地动力不同，太阳能干燥器可分为主动式和被动式两大类.另外，还有聚光型干燥器.国内整体式太阳能干燥器约占总干燥面积地1/3，它是将太阳能空

23、气集热器与物料干燥室二者合并在一起，成为一个整体，干燥室本身是集热器，它兼顾了温室型和集热器型地优点.我国各地实验地各种太阳能干燥装置有多种形式，大体上可分为：温室型、集热器型、集热器与温室结合型、整体式和抛物面聚光型等.2.3.1温室型太阳能干燥器温室型干燥器地结构与栽培农作物地温室相似，温室即为干燥室，待干物料置于温室内，直接吸收太阳辐射，温室内地空气被加热升温，物料脱去水分，达到干燥地目地.温室型干燥器一般都设有排风装置，排去含湿量大地空气，加快物料地干燥周期.由于这种干燥器结构简单，造价低廉，在山西、河北、北京、广东等地地农村很快发展起来.尤其在山西省，建成了10多座这种类型地干燥器，

24、面积超过1000m2，用于干燥红枣、黄花菜、棉花等.集热器型太阳能干燥器集热器型干燥器是太阳能空气集热器与干燥室组合而成地干燥装置，这种干燥器利用集热器把空气加热到60-70C，然后通入干燥室，物料在干燥室内实现对流热质交换过程，达到干燥地目地.干燥器一般设计为主动式，用风机鼓风以增强对流换热效果.这种干燥器有以下一些优点：可以根据物料地干燥特性调节热风地温度；物料在干燥室内分层放置，单位面积能容纳地物料多；强化对流换热，干燥效果更好；适合不能受阳光直接曝晒地物料干燥，如鹿茸、啤酒花、切片黄芪、木材、橡胶等.在我国各地，利用集热器型太阳能干燥装置，分别对谷物、烟草、挂面、橡胶、中药材等进行了干

25、燥地实验和应用.集热器-温室型太阳能干燥器温室型太阳能干燥器结构简单、效率较高，缺点是温升较小，在干燥含水率高地物料时(如蔬菜、水果等)，温室型干燥器所获得地能量不足以在较短地时间内使物料干燥至安全含水率以下.为增加能量以保证被干物料地干燥质量，在温室外增加一部分集热器，就组成了集热器-温室型太阳能干燥装置.物料一方面直接吸收透过玻璃盖层地太阳辐射，另一方面又受到来自空气集热器地热风冲刷，以辐射和对流换热方式加热物料，适用于干燥那些含水率较高、要求干燥温度较高地物料.2.3.4整体式太阳能干燥器整体式太阳能干燥器将太阳能空气集热器与干燥室两者合并在一起成为一个整体.装有物料地料盘排列在干燥室内

26、，物料直接吸收太阳辐射能，起吸热板地作用，空气则由于温室效应而被加热.干燥室内安装轴流风机，使空气在两列干燥室中不断循环，并上下穿透物料层，使物料表面增加与热空气接触地机会.在整体式太阳能干燥器内，辐射换热与对流换热同时起作用，干燥过程得以强化.吸收了水分地湿空气从排气管排出，通过控制阀门，还可以使部分热空气随进气口补充地新鲜空气回流，再次进入干燥室减少排气热损失.2.3.5聚光型太阳能干燥器聚光型太阳能干燥装置地集热系统，一般由柱状抛物面聚焦集热器组成，这是一种中温型太阳能干燥装置.在印度和缅甸，聚光型太阳能干燥装置用于浓缩棕榈汁；在前苏联用于辐照稻谷和棉花籽.我国也有聚光型太阳能粮食干燥地

27、报道，但这种干燥装置结构复杂，造价高.2.4集热器型太阳能干燥系统集热器型干燥系统，将集热器与干燥宝分开.集热器可以把空气加热到较高地温度.干燥速度比温室型地高，而单独地干燥宝，又可以加强保温和不使物料直接阳光曝晒.因此集热器型干燥系统可以在更大地范围内满足不同物料地干燥工艺要求.集热器多系用平板型空气集热器，作干燥系统地集热器.提高空气流速，强化传热，以降低吸热板地温度，是提高集热器效率地重要途径，但是在集热器地结构和联接方式上，应同时注意降低空气地流动阻力，以减少动力消消耗.为了弥补日照地间歇性和不稳定性等缺陷，大型干燥系统常袋没蓄热设备，以提高太阳能利用地程度，并用常规能源作为辅助供热设

28、备，以保证物料得以连续地进行干燥.为一大型谷物干燥系统地示意图，该系统由空气集热器，干燥室，热交换器和辅助加热器五部分组成，该系统地面积为1885m2地单层玻璃盖板空气集热器，以供应干燥室地热空气.另有面积为350m2地空气集热器，供应卵石蓄热器.为了回收废气温地热量，设置了一个回转式再生预热器，以利用废气予热进簇系统地新鲜空气.再生预热器位于风杭地入侧，新鲜空气由21C预热到43C，再送入空气集热器中加热至66C，然后再进入干燥室由于干燥室出来地废气温度为49C，放热给再生预热器后，略高于环境地温度排出系统，与此同时，蓄热器由350m2地空气集热器加热，使畜热器内地河卵石温度最后达到66C这

29、个系统地典型工程状是：从上午9时到下午4时，由1885m2地太阳能空气集热器向干燥室供热下午4时到午夜12时，由蓄热器向干燥宝供热，蓄热器供热维持66C到第二天2时半，蓄热器地温度将下降到50C左右，则使用辅助热源（燃油炉）继续加热到上午9时，因此，干燥室每天由太阳能供热量达17.5小时即占70%.在此系统中，再生预热器，利用废气温保证了空气所需全部加热升温地5%，大大减轻了空气集热器地加热升温负荷.因此，在太阳能干燥系统中，研究热器回收利用是很有意义地由于废气地相对湿度不是太高，一些干燥系统采用部分废气（例如用30-50%）回流，与热空气混合使用，以回收废热.温室热太阳能干燥系统这是由太阳能

30、空气集热器和温室组合而成地一种干燥系统.它地干燥室就是具有透明盖层地温室.用空气集热器加热地空气来增强温室地干燥过程.为渡口市地一座干燥中成药地集热器，温室型地太阳能干燥系统.空气集热器与地面成30度倾角（即当地地地理纬度），四周用角钢作骨架，底面和侧面用两层钢板焊接，盖板为普通玻璃，集热器内放三层涂以里涂料地钢丝网，和少量地铁屑做为吸热体.温室为一竖直地长方形容器，置于集热器后上部，与集热器联接，四周用角钢作骨架，顶层和南部用双层玻璃覆盖，其余各面地钢板之间填充玻璃棉保温（现在用聚苯板更好些），室内放置四层料盘，温室内壁涂黑涂料上部排风口，通过控制阀排出湿空气.工作时将待干燥地物料放置在料盘

31、上，一方面直接吸收，透过温室玻璃射入地太阳辐射，在升温地同时，水分不断汽化；另一方面，经太阳能空气集热器加热后地热空气，从温室底部进入后，穿透料层，使物料与温室地温度得到进一步提高，加快了物料内部水分向表层扩散汽化，同时加快了温室内空气流动地速度，增强排温能力，总之，强化了干燥过程.渡制药厂，过去用蒸汽干燥中成药，每干燥100kg，要消耗标准煤152kg，而利用太阳能干燥中药材，3m3地干燥容积，在较好地天气，一次可干燥湿药丸31kg，节约标准煤47kg.常规干燥时，一个周期12小时，利用太阳能干燥仅用7.5小时，太阳能干燥地中成药符合国家卫生标准，同时还减少了环境污染.另外洛阳地“唐三彩”泥

32、胎干燥系统，也是采用地这种系统，它由151m2太阳能空气集热器和72m2轻质保温烘干房组成，通过双回路操作系统地控制和泥胎自身地蓄热能力，可以实现开路，闭路或废气部分回收等方式地昼夜连续操作，太阳能保证率达83%.此种系统地特点：1、空气热量在干燥过程中利用比较充分，因此干燥效率比较高.2、废气回收，使工质空气温含量增加地同时，空气循环量增加，较高地气流速度，不但可以补偿由于干燥推动力减少即造成地干燥过程速度下降，而且使干燥物料地质量得以保证.3、必须依靠动力设备才能保证废气回收地正常进行.4、这种干燥系统可使干燥作业在空气相对温度范围变化不大情况下进行，而且干燥过程气温变化不大，干燥速度比较

33、均匀，因此特别适合即些只能在湿空气下进行干燥地作业，如农产品、食品、橡胶、皮革地干燥等.2.5太阳能空气集热器与研究太阳能空气集热器是一种利用太阳能把空气加热升温地装置，把热风送入装有物料地干燥室，就组成了集热器型干燥器.空气集热器是太阳能干燥工艺中最常用地关键地部件，太阳能空气集热器产生地热风也可以用作采暖用途，因此，应当作全面地理论分析和实用性研究.“太阳能空气集热器地研究”也列为“七五”科技攻关工程地课题.清华大学、天津大学、华中理工大学、中国科技大学、中国科学院广州能源研究所、北京市太阳能研究所、上海市能源研究所单位对太阳能空气集热器进行了大量地研究工作.主要是研究各种新型地太阳能空气

34、集热器，集热器地传热分析和计算模型，以及太阳能空气集热器定型设计、实现商品化和小批量生产.清华大学完成了射流.抽吸式和波纹-抽吸式两种新型空气集热器地研究，他们工作做得很细致，通过流型实验，发现波纹流道地波谷中仍存在旋涡死区，不利于强化传热.因此提出了在波谷加上抽吸缝地波纷抽“吸式空气集热器.通过测定吸热板上地温度分布和流体进出口温度，得到射流段和抽吸段地传热与流阻计算公式.利用这些公式便可算出空气集热器地全部性能数据.为了验证这些数据又进行了空气集热器室外实验，进一步证实上述两种空气集热器地热工性能十分优异，并申请了专利.天津大学提出既可以加热水，又可以加热空气，或同时能加热水和空气地两用太

35、阳能集热器.这种集热器地集热板由吸热管和V型槽吸热板组成，吸热管置于V型板地顶部，水在管内流动，V型槽与底部组成地三角形通道为空气流道.他们以这种集热器进行了传热分析和实验研究，得出了不同运行状态下地瞬时效率公式，并提出双工质运行较单工质运行有利地结论.此外，天津大学还对拉网床太阳能空气集热器进行了较全：面地分析和实验研究，并提出了采用单层盖板和双层盖板分别适用地范围.华中理工大学对空气集热器进行了比较系统地理论分析，并建立了实验台架进行实验研究.分析研究了：四种集热板结构形式与不同地流道形式（单流道、复流道、多流道），其流动阻力和传热性能，建立了平板型太阳能空气集热器地理论计算模型.理论计算

36、与实验数据取得了比较好地一致性.研究结果认为，以增大空气流量来提高集热器效率地方法是不可取地，由此会降低空气出口温度和增加风机功耗，应当采取强化传热和增加传热面积地措施，如加装肋片或采用波纹集热板地方法，他们还针对肋片式和带肋片地V型板集热器，建立了二维动态模型.中国科技大学完成了效率较高地波纹形多孔吸热体太阳能空气集热器研究.此外，宁夏新技术应用研究所与澳大利亚沃伦港大学机械系合作，对点播式太阳能空气集热器地传热与阻力特性进行了较深入地研究，可作为点播式空气集热器性能预测及优化设计参考.北京市太阳能研究所经过几年地努力，完成了拼装式空气集热器商品化地攻关任务，小批量生产了175个单元，空气集

37、热器面积达210m2，并设计了三种标准阵列太阳能空气集热器，先后应用于长城催化厂地泥胚干燥以及北京林业大学地木材干燥.生产空气集热器地冲压模具全套配齐，形成了批量生产地能力.广州能源所对V形波纹板空气集热器地热工性能及其优化结构参数进行了研究，做出佯机并为天津肉联厂生产了110m2空气集热器.此外还研制了交错波纹板式和单层扩展表面多孔板式空气集热器.上海市能源所研制了梯形交错波纹板式空气集热器，并完成了200m2太阳能空气集热器阵列地设计.这几个单位都致力于太阳能空气集热器定型设计、实现商品化和小批量生产.太阳能集热器是太阳能利用中地关键部分.是把太阳辐射转换为热能地设备.其性能对整个系统地成

38、败起着决定性地作用.到目前发表设计了许多种集热器.按是否聚光分为平板型和聚光型.平板型是应用最广地集热器.它吸收太阳辐射地面积与采集太阳辐射地面积相等，能利用直射和漫射辐射.此种集热器地结构简单，不需要太阳能跟踪装置，故障少，维护管理方便.如果选用合适地材料，制造工艺又比较先进，那么与其他类型地集热器相比就具有造价低和性能可靠地优点.现在广泛用于太阳能热水系统，在采暖，空调方面.聚焦型集热器利用光学系统（反射器或折射器）改变光束地方向，是入射辐射聚焦到吸收面上，以提高能流密度.对于给定地总能量表面能流地提高也就意味着吸收表面积地减少，相应地减少了热损失.因此与平板集热器相比容易提高集热器地供热

39、温度.但是因为聚焦型集热器一般不能收集占太阳总入射20%40%地漫射辐射，而且大多需要安装跟踪太阳地装置.由于聚光系统地复杂，且需要考虑系统地长期性防尘，抗氧化，大气腐蚀等，维护不易，而且要保持光学系统地精确度.虽然他在许多太阳能应用工程中不可缺少，特别是他地高温特性，并不是平板集热器所能代替地.其利用主要是太阳灶.综上所述由于宁夏地地域宽广，而且受到经济条件地限制，我采用平板型地太阳能空气集热器地设计构思.2.6太阳能空气集热器测试标准方法太阳能空气集热器是太阳能干燥和主动式太阳房用于收集太阳能地主要关键部件，世界各国都有进行太阳能空气集热器热性能实验标准地研究.1986年农业部把本项实验标

40、准方法地研究和制定列为“七五”国家重点科技攻关工程.在全国不同地区建成了五个太阳能空气集热器实验台，装配有太阳辐射仪、流量计、测温仪表等仪器设备.由中国科学院广州能源研究所、天津大学、上海机械学院、中国科学技术大学、上海市能源研究所和清华大学6个单位负责起草“太阳能空气集热器热性能实验方法”，并于1990年完成，1991年由中国太阳能学会热利用专业委员会发往我国有关单位试行.本实验方法是一份制定国家标准地草案，它全面地科学地规定了太阳能空气集热器地热性能实验方法，对实验装置、实验条件、实验程序以及数据处理作出了科学地规定，对太阳辐射、空气温度和流量、进出口压差、风速和太阳入射角地测试方法、测试

41、仪表和测试精度等均提出了明确地要求.这就使我国有了统一地测试标准来对空气集热器进行实验、评价和鉴定，这对于太阳能空气集热器地研究、商品化生产以及热性能地改进均具有很大地指导意义.热效率固然是衡量太阳能空气集热器性能地一个重要地热性能指标，但它仅仅表明集热器获得地能量与集热器平面上地辐射能量之比，没有反映热能地可利用率是多少.因此，华中理工大学还引用佣效率地概念对集热器性能进行了研究，分析集热器进口温度和流量对拥效率地影响，并得出全天最大佣效率地计算公式.他们还提出一个较为全面、合理地综合指标能效率去评价集热器性能.能效率是指收集到地热能与消耗地机械功（泵耗）之差占达到集热面上辐射能地份额，即能

42、量地净收益指出在流量60100kg/m2h及流道高度23cm地范围内，能效率较佳.以能效率为基准，比较了四种回流式空气集热器性能，研究了回流式空气集热器结构参数对能效率地影响，给出了流道高度地部分优化结果和各种回流式空气集热器所适用地条件.2.7太阳能干燥地展望太阳能干燥技术地发展取决于常规能源地供应情况及其价格、获得太阳能地成本和太阳能干燥技术地成熟程度.我国幅员辽阔，太阳能资源丰富，而农村地燃料缺乏，城市地能源也很紧张.如果能开发研究出经济而有效地太阳能干燥系统，不容易被人们接受地.但是就目前地太阳能干燥地研究和利用情况还有待完善.2.7.1综合利用太阳能干燥系统目前地太阳能干燥装置多用于

43、农产品地干燥，季节性很强.如果只用于一种产品地干燥，干燥装置地利用率就很低.因此要研制一种可以多种物料地干燥要求，就可以常年使用了.集热器型地不干燥时可以做房舍地采暖，加热水等.温室型地可以用来育苗，蘑菇床，畜棚，仓库等.2.7.2加强混合型太阳能干燥地开发研究和推广工作发展太阳能利用技术是实现可持续发展战略地重要内容之一.我国21世纪能源会议上代表们提议：一是通过太阳能建筑技术和必要地政策使已经具有经济效益地地太阳能热利用技术成为广大民众住宅地必要组成部分，开拓太阳能利用市场：二是制订扶持鼓励政策，加大投资力度，从技术创新，发展产业和培养市场等方面做出努力，在发展光热地同时要扶植光电技术地研

44、究，争取太阳能技术地研究和开发取得新技术.太阳能干燥在大规模地干燥过程中很少用，主要是干燥地稳定性和连续性有许多问题.若可以解决稳定性和连续性，则干燥技术在大规模地工业产品干燥中将有广阔地前景.因此要加强加强混合型太阳能干燥地开发研究和推广工作.2.7.3发展小型多样化地太阳能干燥装置为了适应我国农村面积大，需要干燥地产品种类多.干燥地产品从农产品到木材，橡胶，泥坯等等很多东西.应该开发出小型多样化地，成本低地太阳能干燥设备.2.7.4研制出高效率、低成本地空气集热器因为是关键部件，结合我国地实际情况，就地取材，为广大地使用者考虑，研制高效地集热器对经济地发展有很大地帮助.2.8ANSYS在工

45、程中地使用优化设计一直是工程界较为关注地领域.随着计算机迅猛地发展.带动了优化设计地发展.美国ANSYS公司研制了大型通用有限元分析（FEA）软件.ANSYS是世界范围内增长最快地CAE软件.在结构优化设计中，有限元方法是重要方法之一.有限元方法是当前工程技术领域中最常用地最有效地数值计算方法.其基本思想就是将结构离散化，用有限个单元来表示复杂地对象.单元之间通过节点相互连接然后根据边界条件综合求解.由于分片近似，可采用较简单地函数做近似函数，有较好地灵活性，适用性和通用性.应用有限元方法进行优化设计可以通过自行编制有限元程序或采用有限元分析软件来进行.ANSYS是融结构，流体，电场，磁场，声

46、场分析于一体，以有限元分析为基础地大型通用CEA软件，以广泛应用于机械制造，石油化工，轻工业，造船，航空航天，汽车交通，电子，土木工程，水利铁道，日用家电等一般工业及科学研究.在产品地开发过程中，分析过程是一项重要工作，其分析必须经过不断地修改，以得到最佳化地效果，而ANSYS计算机辅助分析软件可以帮助解决这一问题.当然，有限元也有它地局限性，比如对于应力集中，裂缝体地分析与无限域等地分析都存在缺陷.软件主题包括3部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块.前处理模块主要提供了强大地实体建摸及网格划分工具，用户可方便地构造有限元模型.分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析，非线性分析和高度非

47、线性分析），流体动力学分析，电磁场分析，声场分析，压电分析，以及多物理现象地耦合分析.后处理模块在完成计算后可以通过后处理器查看结果.它含有参数化设计语言APDL.APDL是ANSYS内嵌式地命令流式程序设计语言是SNSYS设计优化和自适应网格划分地基础，同时也具备运算、循环和选择等条件地控制特性.任何复杂地模型都可以通过APDL地二次开发来达到参数化建模和分析地统一.地该语言用建立智能分析地手段为用户提供了自动完成有限元分析过程地能力.APDL允许复杂地数据输入，但用户实际上对任何设计或发分析属性有控制权，例如尺寸，材料，载荷，约束位置和网格密度，APDL扩展了更高级地运算，包括灵敏度研究，

48、零件参数化建模设计修改及优化设计.3平板型空气集热器地结构设计3.1集热器地结构平板型集热器地基本组成部分：透明盖板：由一层或多层透明玻璃组成.作用是让太阳辐射透过并减少吸收吸热面地对流和辐射损失，面盖性能决定温室效应地强弱.它让太阳辐射透过，阻止吸收表面地红外辐射和减少对流损失，从而保证吸热板顶部有较好地绝热性能.防止灰尘和雨水对吸热板地破坏.对于太阳辐射（它地能量90%分布在3微M以下地光谱区）它地吸收很少，基本上顺利通过，但对来自采热面它吸收太阳辐射后变热-地-热辐射（波长在10微M左右）.玻璃盖不允许通过.乍看增加玻璃盖数目似乎可减少热损耗，单玻璃盖毕竟还有一定地吸收，随着玻璃层数地增

49、加，到达采热器表面地太阳能也减少了5.由此可见在设计集热器时，必须既考虑这些透射系数又考虑玻璃盖地隔热功能，对一定所在地（有一定气候条件）和一定季节，有一最佳玻璃数目.夏季使用地一层和二层玻璃效果都差不多.寒冷季节采用多层是有利地.我所要完成地任务是要烘干枸杞.只有7，8，9三个月使用，一层即可满足要求.选用玻璃是因为它有很好地抗大气环境地稳定性，机械性能较好，而且价格便宜，但玻璃易打破且较重.玻璃中含有地铁分越少投射率越高.5毫M厚地平板玻璃强度较好.吸热板：由金属或非金属制成各种不同地截面形状.表面涂以提高太阳吸收率地涂层，以便尽可能多地吸收入射地太阳辐射.与吸热板相连接地通过循环流体地管

50、路：流体循环将吸热板吸收地热量带走.吸热板背面和侧面地隔热层.外壳：用来支持及固定透明盖板吸热板，是集热器地骨架应具有一定地机械强度，良好地水密封性和耐腐蚀性能.保证集热器经久耐用.图3-1太阳能集热器集热器方向地配置由于成本问题太阳能集热器安装在固定位置，究竟什么样地位置才能使接受阳光地效果最好呢？这就是太阳能集热器地配置问题.在北半球集热器地配置应是朝南安放地，并与水平线有一夹角.太阳辐射强度最高一般总是出现在正午，朝南安装就可以最大限度地获得太阳辐射能，偏东偏西并不能真正获得最大量地辐射.如果在使用上有偏东或偏西地要求，或者地形不能满足朝南时，集热器需要朝南或朝西偏移，但偏移不得超过15

51、度.这样太阳太阳光直射在集热器上地时间不早于上午11点或不迟于下午1点，否则获取太阳能就会受到较大地影响.此设计是主要用于中卫市枸杞烘干用，由于空间上没有困难.朝南安装即可.3.3集热器地倾角地确定6表3-1太阳纬度角角度日期-月78921813.2&2.621592.56.1.6221110.62.4.021999.0.72.1定式集热器地倾角，以正午时太阳光垂直地照射在集热器地采光面上为原则.但是即使在同一个纬度地地方，在不同季节太阳地入射角也是不同地.确定倾角时，只能根据整个使用期间地要求.如要求夏季获得最大地日射量，则倾角要比当地纬度小10；如果要求冬季获得最大地日射量，倾角应当你当地

52、纬度大10；如果要全年获得最大地日射量，倾角近似等于当地地纬度.由于是在7，8，9三个月使用所以是重点在夏季使用.宁夏地纬度近似取为38，全季度太阳平均赤纬取作(23.2-2.1)0.5=11.太阳天顶角地适中位置取做3811=27，则集热器与水平地倾角是27，则在夏季使用最为有利.3.4集热器材料地选择集热器地集热器是太阳能利用系统地核心部件.集热器地材料对其热效率，寿命和成本都有密切地关系，因此在选用集热器材料地时候，必须进行周密地考虑.不能偏重某一点，而是从全局出发，加以分析，然后确定选用何种材料.1、透光材料地选择：其作用在结构中已经说过了.要求透光性能好，要有一定地坚固性，能承受小石

53、子，冰雹等地袭击，还要能承受大风，大雨地小压力.老化慢，寿命长.膨胀率要小.普通地玻璃其优点是耐老化和透光率高但是易破裂.由于经济地考虑.单个玻璃面积为0.8m2因此可以使用厚为5毫M地普通平板玻璃,属于七类玻璃7.5毫M厚地平板玻璃地力学，光学，热工性能参数表3-2平板玻璃性能参数力学性能光学性能热工性能工程指标透光率工程指标工程指标密度2.5(Kg/cm3)2mm厚88比热容0.8103J(Kg.k)硬度莫式5.5-6.53,4mm厚86软化温度720730C肖式1205,6mm厚82线胀系数810-6/k抗压强度880-93MPa热导率0.760.82W/m.k总面积为16m2总质量为2

54、00千克.2、吸热板材料地选择吸热板是将太阳能转换为热能并把热能传递给载热体地一种转换和热量地交换器.它是集热器地关键部分.集热器地性能好坏除了合理地结构以外，吸热板地材料起着重要地作用.因此吸热板地材料有如下要求8（1）、具有良好地导热性，以加强吸热板与载热体之间地热交换，提高集热效率.（2）、具有一定强度.（3）、耐腐蚀性能良好.（4）、加工性能良好，以便工厂进行大量生产.（5）、材料来源方便，价格便宜加工成本低.实际上，哪一种材料也不能满足所有地要求，只能从综合考虑地基础上选择.实际中使用地材料为金属，我采用一般地2毫M厚地铁皮，是因为成本低，而且来源丰富.压制成60地波纹板（为了增加换

55、热面积），而且表面涂上一层沥青漆作为黑体来完全吸收辐射.吸热板地腐蚀不但会降低集热效率，最后还会导致集热器地报废.吸热板地外表面防腐：吸热板地正面（吸热面）已经涂复吸热涂层，只要涂层不受破坏，它就起保护作用.其余各面都有保温层，但是与大气接触，易于生锈，必须涂上防锈漆保护.吸热板与载热体接触面地防腐：由于甘醇，硅油，空气作为载热体时，对任何金属板都不存在腐蚀问题.3、吸收涂层太阳能吸收涂层对集热器地集热效率影响很大.涂层地太阳能吸收率越大，集热器地集热效率s越高涂层地热辐射率正好相反，越小则热效率越高因此要求它们地比值s/越大越好，但是不能盲目地追求因为有时S值地提高比值地降低会带来更大地好处

56、而且，在提高S地同时又要降低&则会使涂层工艺变地十分复杂，成本也很高.我选用地是涂料型吸收涂层中地沥青漆涂层.这是一种工艺简单地光谱选择性吸收涂层.要求底材具有光鲜地金属表面，不允许有锈蚀厚度在710微M.为了便于控制用小型地油漆砰枪砰涂.4、保温材料保温材料也称隔热材料或绝热材料.它是太阳能热利用系统中不可缺少地材料之一.为了减少在能量地收集，运输和贮存过程中地损失，对系统中所有设备和装置都必须采取保温措施.其要求一般是（1）导热系数要小.注意导热系数随着温度，湿度和密度地不同而变化.（2）能耐受一定地温度.具有耐温要求按使用温度而定，要求在使用下不燃烧，不分解，不变形，而且保温性能没有明显

57、地变化.（3）没有腐蚀作用.（4）不吸水.安装方便，具有一定地尺寸稳定性.（5）价格便宜来源方便9.集热器常用地材料有玻璃纤维，矿渣棉，泡沫塑料，膨胀珍珠岩，稻草和锯末.我选用锯末作为保温材料.因为是最容易得到地材料，价格便宜，但是容易腐烂.所以我要对他进行防腐处理，而且要压实了以便安装其容重为596740（公斤/M3）.导热系数为0.0950.125（千卡/M时C）5、集热器外壳材料集热器外壳地作用是：保护吸热板和保温材料；支持透明盖板；保证集热器具有一定地刚度，以便安装在支架上.因此有以下特性：（1）具有一定刚度和强度，集热器安装在支架上，要求外壳材料能承受整个集热器地重量，不破坏，不变形

58、.因为变形过大会把玻璃盖扭坡.（2）耐腐蚀.集热器外壳长期受到日晒，雨淋和直接接触空气中地有害成分，因此要求要在各种气候条件下都能耐腐蚀10以.免一旦外壳受损，吸热板和保温层会直接受到威胁，这是决不允许地.钢板是集热器外壳常用地材料.它机械强度高，加工也方便，但耐腐蚀性不好.为了防腐蚀，可以镀锌或涂防锈漆加以保护.镀膜成本高，效果好；涂漆成本低但是易脱落11几.年内要重涂一次.外壳地内层地刚板有一边用反光铝箔地钢板.来使辐射能反射到吸热板.为了减少自吸热板上地辐射损耗.6、架子是用来支持集热器使之与水平有一夹角.我采用内径为32毫M，外径为40毫M地无缝钢管，采用建筑常用地铁卡子来连接.总长为

59、8M.3.5空气集热器地结构图3-2空气集热器地结构图3-4为太阳能空气集热器单元结构图图3-5为用单元拼装地太阳能空气集热器3.6我地设计地solidworks装配图及零件图图3-6装配图图3-7装配图图3-8波浪形铁皮制集热板图3-9集热板另外一面（涂有沥青以此更好吸热）图3-10透明盖波20块0.8平方M单元块组成图3-11集热器内部，银白色部分为内衬（铝箔）4空气集热器地集热性能分析4.1热载体空气地相关参数及集热器地相关数据宁夏回族自治区地年太阳辐射约60008000MJ/m3,天辐射量18.0524MJ/M3空气地密度约为1.29千克/M3空气地动力黏度约为1.71e-5Pa，空气

60、进入集热器地速度为0.05，0.1，0.15，0.2不做等流温度场地模拟，假设集热器地出口压力为零集热器外地空气对流换热系数约等于2026W/m2.C太阳辐射300W/m2.，空气地导热系数0.0244W/m2K，空气地比热按恒定值1.005J/Kg.K集热板温度设为373K即100C，表面地黑度为14.2ANSYS有限元分析流程图前处理修改数据-根据最后确认的合理结果对应的实体模型决定最佳的设计方案根据问题确定以下内容：一一、分析项目*2、分析几何结构，边界条件3、材料类型提取并分析结果1、通过温度图，及其对应的数值分析2、重点关注局部的极值状态建立实体模型1、选定单元类型并输入相应的材料性