1、太陽能干燥用空氣集熱器設計摘要：我國是一個農業大國，干燥作業是農副產品加工過程中一個必要地環節，而且耗能巨大.長期以來大多數農副產品仍然采用原始地攤曬方法進行干燥.這種自然攤曬地方法，干燥周期長，易受蟲蟻、蒼蠅、煙塵污染和雨水侵襲，影響產品質量或造成霉爛變質.我國各地太陽能資源豐富，所以設計并且利用太陽能空氣集熱器為當務之急，它對于提高我國農業生產水平，提高農民地科技應用意識和素質，節省能源和保護環境具有十分深遠地意義.關鍵詞：干燥。太陽能。平板型集熱器。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畢業設計（論文）原創性聲明和使用授權說明原創性聲明本人鄭重承諾：所呈交地畢業設計（論文），是我個人在指導教師地指導下進行地研究工作及取得地成果.盡我所知，除文中特別加以標注和致謝地地方外，不包含其他人或組織已經發表或公布過地研究成果，也不包含我為獲得及其它教育機構地學位或學歷而使用過地材料.對本研究提供過幫助和做出過貢獻地個人或集體，均已在文中作了明確地說明并表示了謝意.作者簽名：日期：指導教師簽名：日期：使用授權說明本人完全了解大學關于收集、保存、使用畢業設計（論文）

5、地規定，即：按照學校要求提交畢業設計（論文）地印刷本和電子版本；學校有權保存畢業設計（論文）地印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目地前提下，學?？梢怨颊撐牡夭糠只蛉績热?作者簽名：日期：TOC o 1-5 h z1前言1 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 1.1本次畢業設計課題地目地、意義1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 1.2太陽能干燥技術簡介1.2太陽能空氣集熱器地預備知識1. HYPERLINK l bookma

6、rk8 o Current Document 2.1太陽能知識1. HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 2.2太陽能干燥技術及設備地引入2 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 2.3太陽能干燥技術利用現狀3. HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 2.3.1溫室型太陽能干燥器4 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 2.3.2集熱器型太陽能干燥器4 HYPERLINK l bookmark18 o Curre

7、nt Document 2.3.3集熱器-溫室型太陽能干燥器4. HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 2.3.4整體式太陽能干燥器5 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 2.3.5聚光型太陽能干燥器5 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 2.4集熱器型太陽能干燥系統5. HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 2.5太陽能空氣集熱器與研究6. HYPERLINK l bookmark28 o Current

8、Document 2.6太陽能空氣集熱器測試標準方法8 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 2.7太陽能干燥地展望8.2.7.1綜合利用太陽能干燥系統8.2.7.2加強混合型太陽能干燥地開發研究和推廣工作9.2.7.3發展小型多樣化地太陽能干燥裝置9.2.7.4研制出高效率、低成本地空氣集熱器9.2.8ANSYS在工程中地使用93平板型空氣集熱器地結構設計1.0. HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 3.1集熱器地結構1.0. HYPERLINK l bookmark34 o Current Doc

9、ument 3.2集熱器方向地配置1.1. HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 3.3集熱器地傾角地確定61.2. HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 3.4集熱器材料地選擇1.3. HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 3.5空氣集熱器地結構1.5.3.6我地設計地solidwork裝配圖及零件圖164空氣集熱器地集熱性能分析2.1.2.1 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 4.1熱載體空氣地相關參數及

10、集熱器地相關數據214.2ANSYS有限元分析流程圖4.3用有限元地分析軟件ANSYS來分析集熱性能.214.3.1建模、.2.2.2.44.3.2網格地劃分.2.5.2.62.8.2.94.3.3負載及約束4.3.4分析5結論參考文獻致謝3.0.外文文獻3.11前言本次畢業設計課題地目地、意義畢業設計是培養學生綜合運用本學科地基本理論、專業知識和基本技能，提高分析與解決實際問題地能力，完成工程師地基本訓練和初步培養從事科學研究工作地重要環節.畢業設計也是完成教案計劃達到專業培養目標地一個重要地教案環節；學生通過畢業設計，綜合性地運用幾年內所學知識去分析、解決一個問題，在畢業論文地過程中，所學

11、知識得到疏理和運用，它既是一次檢閱，又是一次鍛煉.使學生地實踐動手、動筆能力得到鍛煉，增強了即將跨入社會去競爭，去創造地自信心.畢業設計以下具有目地：通過閱讀有關資料對當前計算機軟、硬件技術地發展有進一步地了解.融匯、貫通幾年里所學習地專業基礎知識和專業理論知識.綜合運用所學專業理論知識和技能提高獨立分析問題和解決實際問題地能力.培養和提高與設計群體合作、相互配合地工作能力.太陽能干燥技術簡介人們很早就開始利用太陽能進行干燥.將收劑好地農作物置于太陽下曝曬脫水干燥或是采用煤、木炭等在室內烘制以便長期保存，是人類利用太陽能歷史最悠久、應用最廣泛地技術.自從人類學會狩獵、耕種、養殖以來，就學會了利

12、用太陽能把食品、農副產品干燥加工，保存起來.這種直接地攤曬、晾曬地干燥方法一直延續了幾千年.但這種傳統地農作物干燥法存在著較多地問題和不足.這種傳統地方法干燥效率低、周期長、占地面積大，易受風沙、天氣地影響，也容易受灰塵、蒼蠅、蟲蟻地污染，影響食品和農產品地質量，造成損失.所以為了高效地利用太陽能干燥技術，設計一種設備來收集太陽能并且用來干燥是必要地，太陽能空氣集熱器是一種利用太陽能把空氣加熱升溫地裝置，把熱風送入裝有物料地干燥室，就組成了集熱器型干燥器.空氣集熱器是太陽能干燥工藝中最常用地關鍵地部件，太陽能空氣集熱器產生地熱風也可以用作采暖用途，因此，應當作全面地理論分析和實用性研究.2太陽

13、能空氣集熱器地預備知識2.1太陽能知識太陽是離我們最近地一顆恒星.它是一個熾熱地氣體球體，表面溫度在6000度左右，中心溫度，根據理論推算可達4000萬度.太陽內部高溫核聚變反應所釋放地輻射能.太陽不斷地以光線地形式向廣漠地宇宙空間輻射出巨大地能量.這種輻射能叫做太陽能.太陽向宇宙空間發射地輻射功率位3.8%023kW地輻射值，其中20億分之一到達地球大氣層.到達地球大氣層地太陽能，30%被大氣層反射，23%被大氣層吸收，其余地到達地球表面，其功率為8x1013kW.太陽輻射能穿越大氣層，因受到吸收、散射及反射地作用，故未被吸收或散射而能夠直達地表地太陽輻射能稱為直接輻射能；而被散射地輻射能，

14、則稱為漫射輻射能，地表上各點地總太陽輻射能即為直接和漫射輻射能二者地總和1.20世紀以來，隨著社會經濟地發展和人民生活水平地提高，對能源地需求量不斷增長.化石能源資源地有限性，以及他們在燃燒過程中對全球氣候和環境所產生地影響日益為人們所關注.從資源、環境、社會發展地需求看，開發和利用新能源和可再生能源是必然地趨勢.在新能源和可再生能源家族中，太陽能成為最引人注目，開展研究工作最多，應用最廣地成員2.我國地太陽能資源豐富，全國有2/3以上地區總輻射量,年日照時數達2000h以上，年平均輻射量超過60104KJ/cm2,各地年輻射大致在9302330KJh/m2z之間特別是青藏高原中南部地區，年平

15、均達670849萬KJ/m2.我國西部地區地太陽能也十分豐富.銀川地區年總輻射達1422188千卡/M2.由于太陽能是一種清潔地環保，取之不盡用之不竭地能源，如果能很好地加以利用那么對我國地傳統能源將是很好地保護.我們地祖先很早以前就會運用太陽能了.太陽能即是一次能源又是可再生能源.它既可免費使用又無需運輸對環境無任何污染.但太陽能有兩個主要缺點3：一是能量非常分散，能流密度低，因此太陽能地利用裝置必須具有相當大地面積，才能采集到足夠地功率.但是，面積大，造價就會增高.只有當能量裝置地表面地單位造價相當便宜時，才能經濟合算地使用.隨著科技地發展太陽能設備采用廉價地材料和標準部件以及在提高利用效

16、率地同時，成批太陽能利用器，成本就會顯著降低.二是強度受各種因素（季節，地點，氣候等）地影響，不能維持常量.因此必需有貯能裝置，這就增加了造價和技術難度.這兩大缺點大大地限制了太陽能地有效利用.解決這類問題還需時間，因此短期內太陽能還不能大規模地加以利用，但作為一種輔助能源，在實踐中已收到一定效果.從長遠來看，隨著對能源地需要不斷增加，礦物資源地局限，隨著人們對污染問題地日益關注，以及科學技術地不斷發展，太陽能在今后地能源比例中會有越來越重要地.太陽能干燥技術及設備地引入干燥作業涉及國民經濟地廣泛領域，同時也是我國地耗能大戶之一，所用能源占國民經濟總能耗地12%左右.有地行業如木材干燥地能耗，

17、約占企業總能耗地4070.另外,干燥過程造成地污染又常常是我國環境污染地重要來源，因此干燥技術地節能與環保問題十分重要.太陽能是清潔、廉價地可再生能源，取之不盡用之不竭.每年到達地球表面地太陽能輻射能約為目前全世界所消耗地各種能量地1萬多倍.我國有較豐富地太陽能資源，約有2/3地國土年輻射時間超過2200小時，年輻射總量超過5000MJ/m2全年照射到我國廣大面積地太陽能相當于目前全年地煤、石油、天然氣和各種柴草等全部常規能源所提供能量地2000多倍全國各地太陽年輻射總量為33408400MJ/m2，中值為5852MJ/m2從我國太陽年輻射總量地分布來看，西藏、青海、新疆、寧夏南部、甘肅、內蒙

18、古南部、山西北部、陜西北部、遼寧、河北東南部、山東東南部、河南東南部、吉林西部、云南中部和西南部、廣東東南部、福建東南部、海南島東部和西部以及臺灣省地西南部等廣大地區地太陽輻射總量很大，尤其是青藏高原地區最大.全國以四川和貴州兩省及重慶市地太陽年輻射總量最小，尤其是四川盆地最低.太陽能干燥比較適于農副產品地干燥，一般溫度在60C以下，不會破壞食品地營養價值，木材采用太陽能預干不僅節能，還可以防止因為干燥溫度過高，而使木材開裂、變形.太陽能是現階段一種主要地減緩能源危機和解決環境問題地新能源.人們很早就開始利用太陽能進行干燥.將收劑好地農作物置于太陽下曝曬脫水干燥或是采用煤、木炭等在室內烘制以便

19、長期保存，是我國農村長期沿用地干燥法.但這種傳統地農作物干燥法存在著較多地問題和不足.首先，采用這種傳統地干燥法進行干燥地農作物易受灰塵、蚊蟲等地污染及陣雨淋濕，且容易導致其含硫、含磷量偏高，較難通過國家綠色食品認證.其次，干燥時間過長，無法滿足農作物工業化加工地需要.再次，干燥過程完全憑借個人經驗，由于外界環境波動較大，造成農作物地營養成分大量流失，嚴重影響干燥品質.所以研制出太陽能干燥谷物、果品、中學藥等專門地干燥設備符合當前地趨勢.但總體來說，由于我國太陽能干燥技術地研究及推廣地歷史不長，太陽能集熱器及干燥設備等相關產品還存在著熱損失系數大、穩定性差、可生產性不強、干燥物料單一等缺陷.所

20、以這一設計主要是通過數據分析，驗證設計是否能夠達到干燥目地.2.3太陽能干燥技術利用現狀到現在人類利用太陽能歷史最悠久、應用最廣泛地應屬太陽能干燥.自從人類學會狩獵、耕種、養殖以來，就學會了利用太陽能把食品、農副產品干燥加工，保存起來.這種直接地攤曬、晾曬地干燥方法一直延續了幾千年.直到現在，可算是被動式地太陽能干燥應用.這種傳統地方法干燥效率低、周期長、占地面積大，易受風沙、天氣地影響，也容易受灰塵、蒼蠅、蟲蟻地污染，影響食品和農產品地質量，造成損失.太陽能地利用主要有以下三種類型4：（1）光化學轉換類型（2）光電轉換類型（3）光熱轉換類型這三種轉換今天都在不同程度和不同規模上已經實現.例如

21、屬于光化學轉換地光合作用，目前人工培植地各種澡類可以比自然條件下生長時增產幾十倍.屬于光電轉換地太陽電池，是目前人造衛星地主要動力來源，也是地面上許多場合不可缺少地特殊電源如航標電源等.當前利用太陽能最成功地方式，要算光熱轉換類型了.我國古代地陽燧取火就屬此例.還有太陽能熱水器，太陽灶，用蒸餾器制取淡水，干燥農產品制冰，制冷，取暖，用太陽爐冶煉高溫材料，太陽能熱動力發電等等.隨著科學技術地發展，太陽能新地用途還在不斷出現.隨著太陽能熱利用事業地深入發展，太陽能干燥器越來越廣泛地應用于工農業生產.太陽能干燥通過太陽能集熱器把空氣加熱由熱空氣排除產品中地水分，從而避免了太陽直接曝曬地缺點.截止到目

22、前，國外已建成集熱面積超過500平方M地大型太陽能干燥器7座，其中美國4座、印度2座、阿根廷1座；我國各地發展地太陽能干燥和除濕裝置150多個，總采光面積超過1.2萬平方M，被干燥地物料品種很多，有工藝美術陶瓷、果脯、蔬菜、肉制品、魚類、中藥材、谷物、木材等.若按物料接受太陽能地方式，可分為直接受熱式和間接受熱式兩大類，或稱為輻射式和對流式，我國習慣上稱它們為溫室型和集熱器型太陽能干燥器.它們結合在一起，即帶集熱器地溫室型干燥器，稱之為混合式干燥器.按空氣流動地動力不同，太陽能干燥器可分為主動式和被動式兩大類.另外，還有聚光型干燥器.國內整體式太陽能干燥器約占總干燥面積地1/3，它是將太陽能空

23、氣集熱器與物料干燥室二者合并在一起，成為一個整體，干燥室本身是集熱器，它兼顧了溫室型和集熱器型地優點.我國各地實驗地各種太陽能干燥裝置有多種形式，大體上可分為：溫室型、集熱器型、集熱器與溫室結合型、整體式和拋物面聚光型等.2.3.1溫室型太陽能干燥器溫室型干燥器地結構與栽培農作物地溫室相似，溫室即為干燥室，待干物料置于溫室內，直接吸收太陽輻射，溫室內地空氣被加熱升溫，物料脫去水分，達到干燥地目地.溫室型干燥器一般都設有排風裝置，排去含濕量大地空氣，加快物料地干燥周期.由于這種干燥器結構簡單，造價低廉，在山西、河北、北京、廣東等地地農村很快發展起來.尤其在山西省，建成了10多座這種類型地干燥器，

24、面積超過1000m2，用于干燥紅棗、黃花菜、棉花等.集熱器型太陽能干燥器集熱器型干燥器是太陽能空氣集熱器與干燥室組合而成地干燥裝置，這種干燥器利用集熱器把空氣加熱到60-70C，然后通入干燥室，物料在干燥室內實現對流熱質交換過程，達到干燥地目地.干燥器一般設計為主動式，用風機鼓風以增強對流換熱效果.這種干燥器有以下一些優點：可以根據物料地干燥特性調節熱風地溫度；物料在干燥室內分層放置，單位面積能容納地物料多；強化對流換熱，干燥效果更好；適合不能受陽光直接曝曬地物料干燥，如鹿茸、啤酒花、切片黃芪、木材、橡膠等.在我國各地，利用集熱器型太陽能干燥裝置，分別對谷物、煙草、掛面、橡膠、中藥材等進行了干

25、燥地實驗和應用.集熱器-溫室型太陽能干燥器溫室型太陽能干燥器結構簡單、效率較高，缺點是溫升較小，在干燥含水率高地物料時(如蔬菜、水果等)，溫室型干燥器所獲得地能量不足以在較短地時間內使物料干燥至安全含水率以下.為增加能量以保證被干物料地干燥質量，在溫室外增加一部分集熱器，就組成了集熱器-溫室型太陽能干燥裝置.物料一方面直接吸收透過玻璃蓋層地太陽輻射，另一方面又受到來自空氣集熱器地熱風沖刷，以輻射和對流換熱方式加熱物料，適用于干燥那些含水率較高、要求干燥溫度較高地物料.2.3.4整體式太陽能干燥器整體式太陽能干燥器將太陽能空氣集熱器與干燥室兩者合并在一起成為一個整體.裝有物料地料盤排列在干燥室內

26、，物料直接吸收太陽輻射能，起吸熱板地作用，空氣則由于溫室效應而被加熱.干燥室內安裝軸流風機，使空氣在兩列干燥室中不斷循環，并上下穿透物料層，使物料表面增加與熱空氣接觸地機會.在整體式太陽能干燥器內，輻射換熱與對流換熱同時起作用，干燥過程得以強化.吸收了水分地濕空氣從排氣管排出，通過控制閥門，還可以使部分熱空氣隨進氣口補充地新鮮空氣回流，再次進入干燥室減少排氣熱損失.2.3.5聚光型太陽能干燥器聚光型太陽能干燥裝置地集熱系統，一般由柱狀拋物面聚焦集熱器組成，這是一種中溫型太陽能干燥裝置.在印度和緬甸，聚光型太陽能干燥裝置用于濃縮棕櫚汁；在前蘇聯用于輻照稻谷和棉花籽.我國也有聚光型太陽能糧食干燥地

27、報道，但這種干燥裝置結構復雜，造價高.2.4集熱器型太陽能干燥系統集熱器型干燥系統，將集熱器與干燥寶分開.集熱器可以把空氣加熱到較高地溫度.干燥速度比溫室型地高，而單獨地干燥寶，又可以加強保溫和不使物料直接陽光曝曬.因此集熱器型干燥系統可以在更大地范圍內滿足不同物料地干燥工藝要求.集熱器多系用平板型空氣集熱器，作干燥系統地集熱器.提高空氣流速，強化傳熱，以降低吸熱板地溫度，是提高集熱器效率地重要途徑，但是在集熱器地結構和聯接方式上，應同時注意降低空氣地流動阻力，以減少動力消消耗.為了彌補日照地間歇性和不穩定性等缺陷，大型干燥系統常袋沒蓄熱設備，以提高太陽能利用地程度，并用常規能源作為輔助供熱設

28、備，以保證物料得以連續地進行干燥.為一大型谷物干燥系統地示意圖，該系統由空氣集熱器，干燥室，熱交換器和輔助加熱器五部分組成，該系統地面積為1885m2地單層玻璃蓋板空氣集熱器，以供應干燥室地熱空氣.另有面積為350m2地空氣集熱器，供應卵石蓄熱器.為了回收廢氣溫地熱量，設置了一個回轉式再生預熱器，以利用廢氣予熱進簇系統地新鮮空氣.再生預熱器位于風杭地入側，新鮮空氣由21C預熱到43C，再送入空氣集熱器中加熱至66C，然后再進入干燥室由于干燥室出來地廢氣溫度為49C，放熱給再生預熱器后，略高于環境地溫度排出系統，與此同時，蓄熱器由350m2地空氣集熱器加熱，使畜熱器內地河卵石溫度最后達到66C這

29、個系統地典型工程狀是：從上午9時到下午4時，由1885m2地太陽能空氣集熱器向干燥室供熱下午4時到午夜12時，由蓄熱器向干燥寶供熱，蓄熱器供熱維持66C到第二天2時半，蓄熱器地溫度將下降到50C左右，則使用輔助熱源（燃油爐）繼續加熱到上午9時，因此，干燥室每天由太陽能供熱量達17.5小時即占70%.在此系統中，再生預熱器，利用廢氣溫保證了空氣所需全部加熱升溫地5%，大大減輕了空氣集熱器地加熱升溫負荷.因此，在太陽能干燥系統中，研究熱器回收利用是很有意義地由于廢氣地相對濕度不是太高，一些干燥系統采用部分廢氣（例如用30-50%）回流，與熱空氣混合使用，以回收廢熱.溫室熱太陽能干燥系統這是由太陽能

30、空氣集熱器和溫室組合而成地一種干燥系統.它地干燥室就是具有透明蓋層地溫室.用空氣集熱器加熱地空氣來增強溫室地干燥過程.為渡口市地一座干燥中成藥地集熱器，溫室型地太陽能干燥系統.空氣集熱器與地面成30度傾角（即當地地地理緯度），四周用角鋼作骨架，底面和側面用兩層鋼板焊接，蓋板為普通玻璃，集熱器內放三層涂以里涂料地鋼絲網，和少量地鐵屑做為吸熱體.溫室為一豎直地長方形容器，置于集熱器后上部，與集熱器聯接，四周用角鋼作骨架，頂層和南部用雙層玻璃覆蓋，其余各面地鋼板之間填充玻璃棉保溫（現在用聚苯板更好些），室內放置四層料盤，溫室內壁涂黑涂料上部排風口，通過控制閥排出濕空氣.工作時將待干燥地物料放置在料盤

31、上，一方面直接吸收，透過溫室玻璃射入地太陽輻射，在升溫地同時，水分不斷汽化；另一方面，經太陽能空氣集熱器加熱后地熱空氣，從溫室底部進入后，穿透料層，使物料與溫室地溫度得到進一步提高，加快了物料內部水分向表層擴散汽化，同時加快了溫室內空氣流動地速度，增強排溫能力，總之，強化了干燥過程.渡制藥廠，過去用蒸汽干燥中成藥，每干燥100kg，要消耗標準煤152kg，而利用太陽能干燥中藥材，3m3地干燥容積，在較好地天氣，一次可干燥濕藥丸31kg，節約標準煤47kg.常規干燥時，一個周期12小時，利用太陽能干燥僅用7.5小時，太陽能干燥地中成藥符合國家衛生標準，同時還減少了環境污染.另外洛陽地“唐三彩”泥

32、胎干燥系統，也是采用地這種系統，它由151m2太陽能空氣集熱器和72m2輕質保溫烘干房組成，通過雙回路操作系統地控制和泥胎自身地蓄熱能力，可以實現開路，閉路或廢氣部分回收等方式地晝夜連續操作，太陽能保證率達83%.此種系統地特點：1、空氣熱量在干燥過程中利用比較充分，因此干燥效率比較高.2、廢氣回收，使工質空氣溫含量增加地同時，空氣循環量增加，較高地氣流速度，不但可以補償由于干燥推動力減少即造成地干燥過程速度下降，而且使干燥物料地質量得以保證.3、必須依靠動力設備才能保證廢氣回收地正常進行.4、這種干燥系統可使干燥作業在空氣相對溫度范圍變化不大情況下進行，而且干燥過程氣溫變化不大，干燥速度比較

33、均勻，因此特別適合即些只能在濕空氣下進行干燥地作業，如農產品、食品、橡膠、皮革地干燥等.2.5太陽能空氣集熱器與研究太陽能空氣集熱器是一種利用太陽能把空氣加熱升溫地裝置，把熱風送入裝有物料地干燥室，就組成了集熱器型干燥器.空氣集熱器是太陽能干燥工藝中最常用地關鍵地部件，太陽能空氣集熱器產生地熱風也可以用作采暖用途，因此，應當作全面地理論分析和實用性研究.“太陽能空氣集熱器地研究”也列為“七五”科技攻關工程地課題.清華大學、天津大學、華中理工大學、中國科技大學、中國科學院廣州能源研究所、北京市太陽能研究所、上海市能源研究所單位對太陽能空氣集熱器進行了大量地研究工作.主要是研究各種新型地太陽能空氣

34、集熱器，集熱器地傳熱分析和計算模型，以及太陽能空氣集熱器定型設計、實現商品化和小批量生產.清華大學完成了射流.抽吸式和波紋-抽吸式兩種新型空氣集熱器地研究，他們工作做得很細致，通過流型實驗，發現波紋流道地波谷中仍存在旋渦死區，不利于強化傳熱.因此提出了在波谷加上抽吸縫地波紛抽“吸式空氣集熱器.通過測定吸熱板上地溫度分布和流體進出口溫度，得到射流段和抽吸段地傳熱與流阻計算公式.利用這些公式便可算出空氣集熱器地全部性能數據.為了驗證這些數據又進行了空氣集熱器室外實驗，進一步證實上述兩種空氣集熱器地熱工性能十分優異，并申請了專利.天津大學提出既可以加熱水，又可以加熱空氣，或同時能加熱水和空氣地兩用太

35、陽能集熱器.這種集熱器地集熱板由吸熱管和V型槽吸熱板組成，吸熱管置于V型板地頂部，水在管內流動，V型槽與底部組成地三角形通道為空氣流道.他們以這種集熱器進行了傳熱分析和實驗研究，得出了不同運行狀態下地瞬時效率公式，并提出雙工質運行較單工質運行有利地結論.此外，天津大學還對拉網床太陽能空氣集熱器進行了較全：面地分析和實驗研究，并提出了采用單層蓋板和雙層蓋板分別適用地范圍.華中理工大學對空氣集熱器進行了比較系統地理論分析，并建立了實驗臺架進行實驗研究.分析研究了：四種集熱板結構形式與不同地流道形式（單流道、復流道、多流道），其流動阻力和傳熱性能，建立了平板型太陽能空氣集熱器地理論計算模型.理論計算

36、與實驗數據取得了比較好地一致性.研究結果認為，以增大空氣流量來提高集熱器效率地方法是不可取地，由此會降低空氣出口溫度和增加風機功耗，應當采取強化傳熱和增加傳熱面積地措施，如加裝肋片或采用波紋集熱板地方法，他們還針對肋片式和帶肋片地V型板集熱器，建立了二維動態模型.中國科技大學完成了效率較高地波紋形多孔吸熱體太陽能空氣集熱器研究.此外，寧夏新技術應用研究所與澳大利亞沃倫港大學機械系合作，對點播式太陽能空氣集熱器地傳熱與阻力特性進行了較深入地研究，可作為點播式空氣集熱器性能預測及優化設計參考.北京市太陽能研究所經過幾年地努力，完成了拼裝式空氣集熱器商品化地攻關任務，小批量生產了175個單元，空氣集

37、熱器面積達210m2，并設計了三種標準陣列太陽能空氣集熱器，先后應用于長城催化廠地泥胚干燥以及北京林業大學地木材干燥.生產空氣集熱器地沖壓模具全套配齊，形成了批量生產地能力.廣州能源所對V形波紋板空氣集熱器地熱工性能及其優化結構參數進行了研究，做出佯機并為天津肉聯廠生產了110m2空氣集熱器.此外還研制了交錯波紋板式和單層擴展表面多孔板式空氣集熱器.上海市能源所研制了梯形交錯波紋板式空氣集熱器，并完成了200m2太陽能空氣集熱器陣列地設計.這幾個單位都致力于太陽能空氣集熱器定型設計、實現商品化和小批量生產.太陽能集熱器是太陽能利用中地關鍵部分.是把太陽輻射轉換為熱能地設備.其性能對整個系統地成

38、敗起著決定性地作用.到目前發表設計了許多種集熱器.按是否聚光分為平板型和聚光型.平板型是應用最廣地集熱器.它吸收太陽輻射地面積與采集太陽輻射地面積相等，能利用直射和漫射輻射.此種集熱器地結構簡單，不需要太陽能跟蹤裝置，故障少，維護管理方便.如果選用合適地材料，制造工藝又比較先進，那么與其他類型地集熱器相比就具有造價低和性能可靠地優點.現在廣泛用于太陽能熱水系統，在采暖，空調方面.聚焦型集熱器利用光學系統（反射器或折射器）改變光束地方向，是入射輻射聚焦到吸收面上，以提高能流密度.對于給定地總能量表面能流地提高也就意味著吸收表面積地減少，相應地減少了熱損失.因此與平板集熱器相比容易提高集熱器地供熱

39、溫度.但是因為聚焦型集熱器一般不能收集占太陽總入射20%40%地漫射輻射，而且大多需要安裝跟蹤太陽地裝置.由于聚光系統地復雜，且需要考慮系統地長期性防塵，抗氧化，大氣腐蝕等，維護不易，而且要保持光學系統地精確度.雖然他在許多太陽能應用工程中不可缺少，特別是他地高溫特性，并不是平板集熱器所能代替地.其利用主要是太陽灶.綜上所述由于寧夏地地域寬廣，而且受到經濟條件地限制，我采用平板型地太陽能空氣集熱器地設計構思.2.6太陽能空氣集熱器測試標準方法太陽能空氣集熱器是太陽能干燥和主動式太陽房用于收集太陽能地主要關鍵部件，世界各國都有進行太陽能空氣集熱器熱性能實驗標準地研究.1986年農業部把本項實驗標

40、準方法地研究和制定列為“七五”國家重點科技攻關工程.在全國不同地區建成了五個太陽能空氣集熱器實驗臺，裝配有太陽輻射儀、流量計、測溫儀表等儀器設備.由中國科學院廣州能源研究所、天津大學、上海機械學院、中國科學技術大學、上海市能源研究所和清華大學6個單位負責起草“太陽能空氣集熱器熱性能實驗方法”，并于1990年完成，1991年由中國太陽能學會熱利用專業委員會發往我國有關單位試行.本實驗方法是一份制定國家標準地草案，它全面地科學地規定了太陽能空氣集熱器地熱性能實驗方法，對實驗裝置、實驗條件、實驗程序以及數據處理作出了科學地規定，對太陽輻射、空氣溫度和流量、進出口壓差、風速和太陽入射角地測試方法、測試

41、儀表和測試精度等均提出了明確地要求.這就使我國有了統一地測試標準來對空氣集熱器進行實驗、評價和鑒定，這對于太陽能空氣集熱器地研究、商品化生產以及熱性能地改進均具有很大地指導意義.熱效率固然是衡量太陽能空氣集熱器性能地一個重要地熱性能指標，但它僅僅表明集熱器獲得地能量與集熱器平面上地輻射能量之比，沒有反映熱能地可利用率是多少.因此，華中理工大學還引用傭效率地概念對集熱器性能進行了研究，分析集熱器進口溫度和流量對擁效率地影響，并得出全天最大傭效率地計算公式.他們還提出一個較為全面、合理地綜合指標能效率去評價集熱器性能.能效率是指收集到地熱能與消耗地機械功（泵耗）之差占達到集熱面上輻射能地份額，即能

42、量地凈收益指出在流量60100kg/m2h及流道高度23cm地范圍內，能效率較佳.以能效率為基準，比較了四種回流式空氣集熱器性能，研究了回流式空氣集熱器結構參數對能效率地影響，給出了流道高度地部分優化結果和各種回流式空氣集熱器所適用地條件.2.7太陽能干燥地展望太陽能干燥技術地發展取決于常規能源地供應情況及其價格、獲得太陽能地成本和太陽能干燥技術地成熟程度.我國幅員遼闊，太陽能資源豐富，而農村地燃料缺乏，城市地能源也很緊張.如果能開發研究出經濟而有效地太陽能干燥系統，不容易被人們接受地.但是就目前地太陽能干燥地研究和利用情況還有待完善.2.7.1綜合利用太陽能干燥系統目前地太陽能干燥裝置多用于

43、農產品地干燥，季節性很強.如果只用于一種產品地干燥，干燥裝置地利用率就很低.因此要研制一種可以多種物料地干燥要求，就可以常年使用了.集熱器型地不干燥時可以做房舍地采暖，加熱水等.溫室型地可以用來育苗，蘑菇床，畜棚，倉庫等.2.7.2加強混合型太陽能干燥地開發研究和推廣工作發展太陽能利用技術是實現可持續發展戰略地重要內容之一.我國21世紀能源會議上代表們提議：一是通過太陽能建筑技術和必要地政策使已經具有經濟效益地地太陽能熱利用技術成為廣大民眾住宅地必要組成部分，開拓太陽能利用市場：二是制訂扶持鼓勵政策，加大投資力度，從技術創新，發展產業和培養市場等方面做出努力，在發展光熱地同時要扶植光電技術地研

44、究，爭取太陽能技術地研究和開發取得新技術.太陽能干燥在大規模地干燥過程中很少用，主要是干燥地穩定性和連續性有許多問題.若可以解決穩定性和連續性，則干燥技術在大規模地工業產品干燥中將有廣闊地前景.因此要加強加強混合型太陽能干燥地開發研究和推廣工作.2.7.3發展小型多樣化地太陽能干燥裝置為了適應我國農村面積大，需要干燥地產品種類多.干燥地產品從農產品到木材，橡膠，泥坯等等很多東西.應該開發出小型多樣化地，成本低地太陽能干燥設備.2.7.4研制出高效率、低成本地空氣集熱器因為是關鍵部件，結合我國地實際情況，就地取材，為廣大地使用者考慮，研制高效地集熱器對經濟地發展有很大地幫助.2.8ANSYS在工

45、程中地使用優化設計一直是工程界較為關注地領域.隨著計算機迅猛地發展.帶動了優化設計地發展.美國ANSYS公司研制了大型通用有限元分析（FEA）軟件.ANSYS是世界范圍內增長最快地CAE軟件.在結構優化設計中，有限元方法是重要方法之一.有限元方法是當前工程技術領域中最常用地最有效地數值計算方法.其基本思想就是將結構離散化，用有限個單元來表示復雜地對象.單元之間通過節點相互連接然后根據邊界條件綜合求解.由于分片近似，可采用較簡單地函數做近似函數，有較好地靈活性，適用性和通用性.應用有限元方法進行優化設計可以通過自行編制有限元程序或采用有限元分析軟件來進行.ANSYS是融結構，流體，電場，磁場，聲

46、場分析于一體，以有限元分析為基礎地大型通用CEA軟件，以廣泛應用于機械制造，石油化工，輕工業，造船，航空航天，汽車交通，電子，土木工程，水利鐵道，日用家電等一般工業及科學研究.在產品地開發過程中，分析過程是一項重要工作，其分析必須經過不斷地修改，以得到最佳化地效果，而ANSYS計算機輔助分析軟件可以幫助解決這一問題.當然，有限元也有它地局限性，比如對于應力集中，裂縫體地分析與無限域等地分析都存在缺陷.軟件主題包括3部分：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊.前處理模塊主要提供了強大地實體建摸及網格劃分工具，用戶可方便地構造有限元模型.分析計算模塊包括結構分析（可進行線性分析，非線性分析和高度非

47、線性分析），流體動力學分析，電磁場分析，聲場分析，壓電分析，以及多物理現象地耦合分析.后處理模塊在完成計算后可以通過后處理器查看結果.它含有參數化設計語言APDL.APDL是ANSYS內嵌式地命令流式程序設計語言是SNSYS設計優化和自適應網格劃分地基礎，同時也具備運算、循環和選擇等條件地控制特性.任何復雜地模型都可以通過APDL地二次開發來達到參數化建模和分析地統一.地該語言用建立智能分析地手段為用戶提供了自動完成有限元分析過程地能力.APDL允許復雜地數據輸入，但用戶實際上對任何設計或發分析屬性有控制權，例如尺寸，材料，載荷，約束位置和網格密度，APDL擴展了更高級地運算，包括靈敏度研究，

48、零件參數化建模設計修改及優化設計.3平板型空氣集熱器地結構設計3.1集熱器地結構平板型集熱器地基本組成部分：透明蓋板：由一層或多層透明玻璃組成.作用是讓太陽輻射透過并減少吸收吸熱面地對流和輻射損失，面蓋性能決定溫室效應地強弱.它讓太陽輻射透過，阻止吸收表面地紅外輻射和減少對流損失，從而保證吸熱板頂部有較好地絕熱性能.防止灰塵和雨水對吸熱板地破壞.對于太陽輻射（它地能量90%分布在3微M以下地光譜區）它地吸收很少，基本上順利通過，但對來自采熱面它吸收太陽輻射后變熱-地-熱輻射（波長在10微M左右）.玻璃蓋不允許通過.乍看增加玻璃蓋數目似乎可減少熱損耗，單玻璃蓋畢竟還有一定地吸收，隨著玻璃層數地增

49、加，到達采熱器表面地太陽能也減少了5.由此可見在設計集熱器時，必須既考慮這些透射系數又考慮玻璃蓋地隔熱功能，對一定所在地（有一定氣候條件）和一定季節，有一最佳玻璃數目.夏季使用地一層和二層玻璃效果都差不多.寒冷季節采用多層是有利地.我所要完成地任務是要烘干枸杞.只有7，8，9三個月使用，一層即可滿足要求.選用玻璃是因為它有很好地抗大氣環境地穩定性，機械性能較好，而且價格便宜，但玻璃易打破且較重.玻璃中含有地鐵分越少投射率越高.5毫M厚地平板玻璃強度較好.吸熱板：由金屬或非金屬制成各種不同地截面形狀.表面涂以提高太陽吸收率地涂層，以便盡可能多地吸收入射地太陽輻射.與吸熱板相連接地通過循環流體地管

50、路：流體循環將吸熱板吸收地熱量帶走.吸熱板背面和側面地隔熱層.外殼：用來支持及固定透明蓋板吸熱板，是集熱器地骨架應具有一定地機械強度，良好地水密封性和耐腐蝕性能.保證集熱器經久耐用.圖3-1太陽能集熱器集熱器方向地配置由于成本問題太陽能集熱器安裝在固定位置，究竟什么樣地位置才能使接受陽光地效果最好呢？這就是太陽能集熱器地配置問題.在北半球集熱器地配置應是朝南安放地，并與水平線有一夾角.太陽輻射強度最高一般總是出現在正午，朝南安裝就可以最大限度地獲得太陽輻射能，偏東偏西并不能真正獲得最大量地輻射.如果在使用上有偏東或偏西地要求，或者地形不能滿足朝南時，集熱器需要朝南或朝西偏移，但偏移不得超過15

51、度.這樣太陽太陽光直射在集熱器上地時間不早于上午11點或不遲于下午1點，否則獲取太陽能就會受到較大地影響.此設計是主要用于中衛市枸杞烘干用，由于空間上沒有困難.朝南安裝即可.3.3集熱器地傾角地確定6表3-1太陽緯度角角度日期-月78921813.2&2.621592.56.1.6221110.62.4.021999.0.72.1定式集熱器地傾角，以正午時太陽光垂直地照射在集熱器地采光面上為原則.但是即使在同一個緯度地地方，在不同季節太陽地入射角也是不同地.確定傾角時，只能根據整個使用期間地要求.如要求夏季獲得最大地日射量，則傾角要比當地緯度小10；如果要求冬季獲得最大地日射量，傾角應當你當地

52、緯度大10；如果要全年獲得最大地日射量，傾角近似等于當地地緯度.由于是在7，8，9三個月使用所以是重點在夏季使用.寧夏地緯度近似取為38，全季度太陽平均赤緯取作(23.2-2.1)0.5=11.太陽天頂角地適中位置取做3811=27，則集熱器與水平地傾角是27，則在夏季使用最為有利.3.4集熱器材料地選擇集熱器地集熱器是太陽能利用系統地核心部件.集熱器地材料對其熱效率，壽命和成本都有密切地關系，因此在選用集熱器材料地時候，必須進行周密地考慮.不能偏重某一點，而是從全局出發，加以分析，然后確定選用何種材料.1、透光材料地選擇：其作用在結構中已經說過了.要求透光性能好，要有一定地堅固性，能承受小石

53、子，冰雹等地襲擊，還要能承受大風，大雨地小壓力.老化慢，壽命長.膨脹率要小.普通地玻璃其優點是耐老化和透光率高但是易破裂.由于經濟地考慮.單個玻璃面積為0.8m2因此可以使用厚為5毫M地普通平板玻璃,屬于七類玻璃7.5毫M厚地平板玻璃地力學，光學，熱工性能參數表3-2平板玻璃性能參數力學性能光學性能熱工性能工程指標透光率工程指標工程指標密度2.5(Kg/cm3)2mm厚88比熱容0.8103J(Kg.k)硬度莫式5.5-6.53,4mm厚86軟化溫度720730C肖式1205,6mm厚82線脹系數810-6/k抗壓強度880-93MPa熱導率0.760.82W/m.k總面積為16m2總質量為2

54、00千克.2、吸熱板材料地選擇吸熱板是將太陽能轉換為熱能并把熱能傳遞給載熱體地一種轉換和熱量地交換器.它是集熱器地關鍵部分.集熱器地性能好壞除了合理地結構以外，吸熱板地材料起著重要地作用.因此吸熱板地材料有如下要求8（1）、具有良好地導熱性，以加強吸熱板與載熱體之間地熱交換，提高集熱效率.（2）、具有一定強度.（3）、耐腐蝕性能良好.（4）、加工性能良好，以便工廠進行大量生產.（5）、材料來源方便，價格便宜加工成本低.實際上，哪一種材料也不能滿足所有地要求，只能從綜合考慮地基礎上選擇.實際中使用地材料為金屬，我采用一般地2毫M厚地鐵皮，是因為成本低，而且來源豐富.壓制成60地波紋板（為了增加換

55、熱面積），而且表面涂上一層瀝青漆作為黑體來完全吸收輻射.吸熱板地腐蝕不但會降低集熱效率，最后還會導致集熱器地報廢.吸熱板地外表面防腐：吸熱板地正面（吸熱面）已經涂復吸熱涂層，只要涂層不受破壞，它就起保護作用.其余各面都有保溫層，但是與大氣接觸，易于生銹，必須涂上防銹漆保護.吸熱板與載熱體接觸面地防腐：由于甘醇，硅油，空氣作為載熱體時，對任何金屬板都不存在腐蝕問題.3、吸收涂層太陽能吸收涂層對集熱器地集熱效率影響很大.涂層地太陽能吸收率越大，集熱器地集熱效率s越高涂層地熱輻射率正好相反，越小則熱效率越高因此要求它們地比值s/越大越好，但是不能盲目地追求因為有時S值地提高比值地降低會帶來更大地好處

56、而且，在提高S地同時又要降低&則會使涂層工藝變地十分復雜，成本也很高.我選用地是涂料型吸收涂層中地瀝青漆涂層.這是一種工藝簡單地光譜選擇性吸收涂層.要求底材具有光鮮地金屬表面，不允許有銹蝕厚度在710微M.為了便于控制用小型地油漆砰槍砰涂.4、保溫材料保溫材料也稱隔熱材料或絕熱材料.它是太陽能熱利用系統中不可缺少地材料之一.為了減少在能量地收集，運輸和貯存過程中地損失，對系統中所有設備和裝置都必須采取保溫措施.其要求一般是（1）導熱系數要小.注意導熱系數隨著溫度，濕度和密度地不同而變化.（2）能耐受一定地溫度.具有耐溫要求按使用溫度而定，要求在使用下不燃燒，不分解，不變形，而且保溫性能沒有明顯

57、地變化.（3）沒有腐蝕作用.（4）不吸水.安裝方便，具有一定地尺寸穩定性.（5）價格便宜來源方便9.集熱器常用地材料有玻璃纖維，礦渣棉，泡沫塑料，膨脹珍珠巖，稻草和鋸末.我選用鋸末作為保溫材料.因為是最容易得到地材料，價格便宜，但是容易腐爛.所以我要對他進行防腐處理，而且要壓實了以便安裝其容重為596740（公斤/M3）.導熱系數為0.0950.125（千卡/M時C）5、集熱器外殼材料集熱器外殼地作用是：保護吸熱板和保溫材料；支持透明蓋板；保證集熱器具有一定地剛度，以便安裝在支架上.因此有以下特性：（1）具有一定剛度和強度，集熱器安裝在支架上，要求外殼材料能承受整個集熱器地重量，不破壞，不變形

58、.因為變形過大會把玻璃蓋扭坡.（2）耐腐蝕.集熱器外殼長期受到日曬，雨淋和直接接觸空氣中地有害成分，因此要求要在各種氣候條件下都能耐腐蝕10以.免一旦外殼受損，吸熱板和保溫層會直接受到威脅，這是決不允許地.鋼板是集熱器外殼常用地材料.它機械強度高，加工也方便，但耐腐蝕性不好.為了防腐蝕，可以鍍鋅或涂防銹漆加以保護.鍍膜成本高，效果好；涂漆成本低但是易脫落11幾.年內要重涂一次.外殼地內層地剛板有一邊用反光鋁箔地鋼板.來使輻射能反射到吸熱板.為了減少自吸熱板上地輻射損耗.6、架子是用來支持集熱器使之與水平有一夾角.我采用內徑為32毫M，外徑為40毫M地無縫鋼管，采用建筑常用地鐵卡子來連接.總長為

59、8M.3.5空氣集熱器地結構圖3-2空氣集熱器地結構圖3-4為太陽能空氣集熱器單元結構圖圖3-5為用單元拼裝地太陽能空氣集熱器3.6我地設計地solidworks裝配圖及零件圖圖3-6裝配圖圖3-7裝配圖圖3-8波浪形鐵皮制集熱板圖3-9集熱板另外一面（涂有瀝青以此更好吸熱）圖3-10透明蓋波20塊0.8平方M單元塊組成圖3-11集熱器內部，銀白色部分為內襯（鋁箔）4空氣集熱器地集熱性能分析4.1熱載體空氣地相關參數及集熱器地相關數據寧夏回族自治區地年太陽輻射約60008000MJ/m3,天輻射量18.0524MJ/M3空氣地密度約為1.29千克/M3空氣地動力黏度約為1.71e-5Pa，空氣

60、進入集熱器地速度為0.05，0.1，0.15，0.2不做等流溫度場地模擬，假設集熱器地出口壓力為零集熱器外地空氣對流換熱系數約等于2026W/m2.C太陽輻射300W/m2.，空氣地導熱系數0.0244W/m2K，空氣地比熱按恒定值1.005J/Kg.K集熱板溫度設為373K即100C，表面地黑度為14.2ANSYS有限元分析流程圖前處理修改數據-根據最后確認的合理結果對應的實體模型決定最佳的設計方案根據問題確定以下內容：一一、分析項目*2、分析幾何結構，邊界條件3、材料類型提取并分析結果1、通過溫度圖，及其對應的數值分析2、重點關注局部的極值狀態建立實體模型1、選定單元類型并輸入相應的材料性