全太阳能木材干燥室性能测试及流场模拟优化

【摘要】：本文设计了一套全太阳能木材干燥室并对其光电、光热性能进行测试；利用计算流体力学(FLUENT)对其内部流场进行模拟优化,探究干燥室内气流速度、气道宽度、隔条厚度、挡风板与材堆位置关系、导流板等因素对内部流场均匀性的影响；对优化前后干燥室的干燥性能进行测试,对干燥速率与太阳能日辐射量、含水率之间的关系模型进行拟合。主要研究结果如下：(1)光伏发电系统月总发电量达到221.37kW·h,能满足设备自身能耗需求；在典型晴天和晴转多云两种天气条件下,干燥室内最高温度可达73.6℃和60.8℃,平均温度分别为51.2℃和48.6℃,日累计辐射量分别为20.7MJ/m2和14.3MJ/m2,光伏发电量分别为9.44kW·h和5.99kW·h；采用自然对流和强制对流两种通风方式时,前者温度由上至下逐渐降低,温差较大,而后者各层温度分布较均匀,温差较小,但干燥室内整体温度有所降低。(2)气流速度、气道宽度、隔条厚度、挡风板与材堆位置关系对内部流场均匀性的影响程度依次为气道宽度气流速度挡风板与材堆位置关系隔条厚度,干燥室使用的最佳条件组合为气流速度2.5m/s,气道宽度0.4m、隔条厚度0.04m、挡风板边缘比材堆边缘位置短0.2m。(3)设置导流板可改善干燥室内速度场和温度场的均匀性,但改善程度与导流板的角度关系密切。水平导流板α角为90°、垂直导流板α角为60°时,干燥室内速度场和温度场的分布最为均匀。(4)相比于自然干燥,全太阳能干燥室可大幅提高木材干燥速率,自然对流和强制对流两种方式可分别提高干燥速率41.4%到116.3%,此外,两种方式亦在改善木材含水率分布的均匀性,降低木材干燥应力方面效果显著。 【关键词】：木材干燥 全太阳能干燥室 计算流体力学 流场模拟优化
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S782.31
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 太阳能干燥原理及特点9-10
• 1.2.1 太阳能干燥原理9
• 1.2.2 太阳能干燥的优缺点9-10
• 1.3 太阳能干燥的国内外研究现状10-13
• 1.3.1 太阳能集热器的研究10-12
• 1.3.2 太阳能自动跟踪系统12
• 1.3.3 太阳能联合干燥12-13
• 1.4 内部流场的仿真模拟方法13-16
• 1.4.1 计算流体力学概述13-14
• 1.4.2 计算流体力学对内部流场的研究现状14-16
• 1.5 研究目的与研究内容16-18
• 2 全太阳能木材干燥室的组成及性能测试18-28
• 2.1 设备组成及工作原理18-21
• 2.1.1 干燥室体19-20
• 2.1.2 太阳能光电转化系统20
• 2.1.3 自动控制系统20-21
• 2.2 太阳能干燥室光电、光热性能测试21-27
• 2.2.1 试验设备21-22
• 2.2.2 试验方法22-23
• 2.2.3 试验结果与分析23-27
• 2.3 本章小结27-28
• 3 干燥室内部流场的数值模拟原理及过程28-38
• 3.1 FLUENT简介及模拟求解流程28-29
• 3.1.1 FLUENT的组成结构28-29
• 3.1.2 FLUENT的求解过程29
• 3.2 流体力学的控制方程29-30
• 3.3 湍流模型30-33
• 3.3.1 Spalart-Allmaras模型30-31
• 3.3.2 Standard k-ε模型31
• 3.3.3 RNG k-ε模型31-32
• 3.3.4 Realizable k-ε模型32
• 3.3.5 标准k-ε模型32-33
• 3.4 求解模型的选择33-34
• 3.4.1 直接数值模拟法33
• 3.4.2 间接数值模拟方法33-34
• 3.5 木材干燥室数值模拟过程及参数设定34-37
• 3.6 本章小结37-38
• 4 基于FLUENT的干燥室内部流场二维模拟优化38-52
• 4.1 正交试验设计38-39
• 4.2 试验方法及步骤39
• 4.3 试验结果与分析39-48
• 4.3.1 不同试验组合下的速度场分布模拟云图39-45
• 4.3.2 模拟结果的极差分析45-47
• 4.3.3 模拟结果的方差分析47-48
• 4.4 模拟结果与实测结果的对比分析48-49
• 4.5 本章小结49-52
• 5 基于FLUENT的干燥室内部流场三维模拟优化52-62
• 5.1 试验设计52-53
• 5.2 试验方法及步骤53-54
• 5.3 试验结果与分析54-60
• 5.3.1 水平导流板对速度场、温度场分布的影响54-57
• 5.3.2 垂直导流板对速度场、温度场分布的影响57-60
• 5.4 本章小结60-62
• 6 全太阳能干燥室干燥性能测试62-76
• 6.1 试验材料62
• 6.2 试验方法62-63
• 6.3 试验结果与分析63-73
• 6.3.1 太阳能日辐射量63-65
• 6.3.2 干燥速率分析65-67
• 6.3.3 干燥速率与日辐射量、含水率关系模型的拟合67-71
• 6.3.4 干燥应力分析71-73
• 6.4 本章小结73-76
• 7 结论与建议76-78
• 7.1 结论76-77
• 7.2 创新点77
• 7.3 建议77-78
• 参考文献78-82
• 个人简介82-84
• 导师简介84-86
• 获得成果目录86-88
• 致谢88

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