新能源全部课件2分析

新能源技术明廷臻能源与动力工程学院工程热物理系RenewableEnergyTechnology2020/2/232§2.太阳能的热利用§2-1.平板型集热器§2-2.真空管集热器§2-3.太阳能热水器§2-4.太阳房太阳灶§2-5.太阳能干燥§2-6.太阳能储存2020/2/233工农业产品的干燥过程耗能量§2-5.太阳能干燥产品耗能1吨红枣1吨标煤1吨烟叶2吨标煤1吨橡胶38kg柴油或1.2m3木材1吨丝绵2吨标煤1吨谷物70kg标煤我国总粮产量需耗煤20M吨，相当于20%的农村商品能源，占全国能耗2.4%。我国在收获季节，因灾害性天气的影响，全国农村（包括国营农场）每年粮食霉烂发芽损失5M吨，严重时超过10M吨。2020/2/234现有干燥方式人工摊晒方法：干燥周期长、晒场占地面积大（谷物干燥晒场面积为农田面积的1~2%），且易受蝇、虫、灰尘污染及阵雨袭击，影响产品质量或造成严重变质。太阳能干燥设备干燥：可以充分利用太阳辐射，有效提高干燥温度，使得干燥时间缩短，同时可解决干燥物料被污染的问题，天气变化也不致使物料变质，因而可得到优等产品。2020/2/235太阳能干燥：以太阳能代替常规能源来加热最常用的干燥介质是空气的干燥过程，通过热空气与湿物料接触并把热量传递给湿物料，使其水分汽化并被带走，从而实现物料的干燥。太阳能干燥是一个传热、传质的过程。太阳能干燥2020/2/236太阳能干燥的方式直接干燥：使被干燥的物料直接吸收太阳能或通过太阳能集热器；间接干燥：先让空气吸收太阳能，加热后的空气通过与物料接粗，物料表面获得热能后，再传至物料内部，水分从物料内部，以液态或气态方式扩散，使液态或气态方式扩散，使物料逐步干燥。干燥过程进行的条件：必须使被干燥的物料表面所产生的水汽的压力大于干燥介质中的水汽的分压力，压差愈大，干燥得愈迅速。常用的干燥介质：空气。2020/2/237太阳能干燥的优点干净卫生，对待干物料和环境无污染；利用太阳能，取之不尽，不存在能源紧张问题；经济幸好，干燥时，仅需少量的动力能，操作费用低；设备相对简单，操作方便，使用寿命长。温升低。完全依靠太阳能，干燥介质的温升低，仅能使空气温度上升到40~70℃，所以一般只能用于低温干燥；间断性和不稳定性。受纬度、季节、天气及昼夜的影响较大。我国只有在夏季或春末秋初才有较强的太阳辐射可利用，阴雨天和夜间不能干燥；分散性大，热值低。单位面积太阳辐射量有限。效率低太阳能干燥的缺点2020/2/238干燥力学干燥静力学：解决干燥过程中，物料和干燥介质初态和终态的关系，进行物料衡算。干燥动力学：掌握物料含水分的性质和汽化过程的特征，解决干燥速度和干燥效率等。2020/2/239干燥静力学物料含水率：湿基含水率，干基含水率2020/2/2310干燥过程排水量计算干燥前后物料中的绝干物料量不变：112211eGGG121211GG干燥过程排水量m：1121211122111mGGGGG2020/2/2311干燥过程空气消耗量计算干燥作业两个目标：一方面使物料中的水分汽化，另一方面用干燥的空气把所汽化的水分带走。根据湿空气的性质可计算出完成预定干燥任务所需要的空气量。21mLdd单位空气消耗量：从湿物料中排除1kg水分所需要消耗的空气量。21211mddLlmmdd2020/2/2312干燥动力学物料含水分的分类：按照各种物料的含水状况分化学结合水：按照一定数量或比例与化合物结合生成带结晶水的化合物中的水分。此种水分与化合物的结合力很强，一般常温干燥难以去除，不予考虑。物化结合水：以一定物理化学结合力与物料结合起来的水分。如：物料中的吸附水分，结构水分和毛细管水分等。此类水分与物料结合比较稳定，具有较强的结合力，较难去除，此类水分是物料干燥的任务之一。游离水分：存在于物料孔隙或表面的水分。此部分水分对物料起着均匀浸润作用，水分含量随物料的浸润程度不同而不同。此类水分与物料的结合力较弱，或自由分散于物料表面，在干燥过程中容易去除。2020/2/2313按水分去除的难易分结合水分：包括物料细胞内的水分、物料内毛细管中的水分等。由于这种水分与物料的结合力强，而产生不正常的低气压，其蒸气压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压。在干燥过程中，水汽至空气主体的扩散推动力下降，所以物料内结合水分的去除比纯水难。非结合水分：包括存在于物料表面的吸附水分及空隙中的水分，其主要是以机械方式结合，与物料的结合强度较弱。物料中的非结合水分所产生的蒸汽压等同于同温度下纯水的饱和蒸汽压。非结合水分的去除与水的汽化相同，比结合水分去除容易。2020/2/2314湿物料的干燥过程与物料含水量的特征关系极大。砂粒、焦炭、石粉等疏松物料，以含有游离水分为主，比较容易进行干燥。谷物、烟草、棉织品、瓷坯等，虽含有一定的游离水分，但物化结合水分含量较多，干燥过程比较缓慢。肉质干果、橡胶或蚕丝等特殊物料，干燥难度极大，往往需要使用长时间的缓慢干燥或尽量提高干燥温度才能完成。2020/2/2315平衡含水量平衡含水量：指一定的物料与参数一定的湿空气长期接触时，物料的最终水分含量。平衡含水率的概念对于研究干燥过程十分重要。因为在任何已知或在已设定的干燥状态下，由平衡含水分的关系，便可决定物料经过干燥后，可能达到的最终水分含量。一定的物料在某特定温度与水分含量下会有相应的水蒸汽压力。如果物料表面由于水分汽化所产生的水蒸气分压力大于此时空气的水蒸气分压力，空气将从物料表面带走水分，物料被干燥；反之，物料将从空气中吸收水分。2020/2/2316举例：温度30℃，湿基含水率16%时，小麦内部的水蒸气压力为3.02kPa，燕麦则为3.25kPa。将这两种物料同时置于温度30℃，相对湿度75%的湿空气中，此时空气的水蒸气分压力3.14kPa。结果：小麦在吸湿，燕麦则被干燥。当物料内部所维持的水蒸气分压力与外界空气的水蒸气分压力相等时，物料的水分含量极为该状态下物料的平衡含水率，物料周围空气的相对湿度则称为平衡相对湿度。2020/2/2317各种物料的平衡含水率（%湿基）2020/2/2318自由水分总的含水量减去平衡含水量就是自由含水量。对于任何吸水材料，固体的温度、含湿量与结合水分的蒸汽压力之间存在一定的关系。结合水分是相对湿度的精确函数。由图所示为鞣革底皮的含湿量，这种皮子可含有结合水分高达其干重的40%，超过该量的水分为非结合水分。假设鞣革暴露与空气中，该空气相对湿度60%，并且空气温度为同一温度，则其平衡水分为0.2kg/kg干皮。含在皮中的水分超过该量的为自由水分。如果该皮无限长的暴露于同样的空气状态下，则该水分要排出。2020/2/2319例题2020/2/2320干燥过程的汽化热从湿物料中将1kg水分蒸发所需的热量，称为物料干燥过程的汽化热。物料的汽化热与物料的水分含量及干燥温度有关。干燥初期，物料含水较多，物料汽化热与自由水分的汽化热比较接近。随着物料含水率降低，物料汽化热逐渐增加，其原因是物料水分汽化时，除了是水分汽化需要消耗能量之外，还需加上克服水分子与物料表面物化结合力而多消耗的功。温度越低，消耗的汽化热越多。2020/2/2321汽化热的计算阿斯玛（Othmor.D.F）导出了物料水分汽化时，蒸汽压力与汽化热之间的关系。用于计算谷物和其他物品在干燥中的汽化热：2020/2/2322干燥动力学物料含水分的分类：按照各种物料的含水状况分化学结合水，物化结合水，游离水分按照去除的难易分结合水分，非结合水分2020/2/2323平衡含水量平衡含水量：指一定的物料与参数一定的湿空气长期接触时，物料的最终水分含量。举例：温度30℃，湿基含水率16%时，小麦内部的水蒸气压力为3.02kPa，燕麦则为3.25kPa。将这两种物料同时置于温度30℃，相对湿度75%的湿空气中，此时空气的水蒸气分压力3.14kPa。结果：小麦在吸湿，燕麦则被干燥。2020/2/2324干燥曲线把非常湿润的物料放在具有一定温度、湿度和风速的热风中，物料的温度和水分随着干燥时间而变化。物料含水量随时间变化的曲线称为干燥曲线。物料的干燥分为三个重要阶段：1.预热干燥阶段显热由热风移向物料表面，表面温度上升。水分获得潜热后蒸发，蒸发速度与表面温度下的饱和蒸汽压和热风的水蒸气分压之差成正比，且随表面温度的升高而增加，在显热的转移和蒸发达到平衡时，表面温度即保持一定，该温度为湿球温度。（图中A-B阶段）2020/2/23252.恒速干燥阶段达到B点之后，水分由物料内部想表面扩散的速度如超过蒸发速度，加入的热量完全用于水分蒸发。此阶段物料表面温度不变，含水率与干燥时间成比例减少。含水率呈直线下降，干燥速度保持一定值，既保持恒速干燥。（图中B-C）3.减速干燥阶段过点C后，水分的内部扩散速度低于表面的蒸发速度，物料表面的含水率比内部低。随干燥时间的增长，物料的温度增高，蒸发不仅在表面，而且在内部进行，不过速度比较缓慢。加入的热量消耗在蒸发和物料温度而升高方面，这一阶段称为减速干燥的第一阶段。（图中C-D）干燥继续进行，表面蒸发即告结束，物料内部的水分以蒸汽的形式扩散到表面上来，这是减速干燥的第二阶段，此时干燥速度最低，在达到与干燥条件平衡的含水率时，干燥结束。（图中D-E）2020/2/2326干燥曲线2020/2/2327干燥曲线含湿量2020/2/2328太阳能干燥按干燥器（或干燥室）获得能量的方式可分为三类：集热器型干燥器温室型干燥器集热器—温室型干燥器太阳能干燥器2020/2/2329集热器型干燥器：由集热器和干燥室两部分组成。首先利用太阳能空气集热器把空气加热到预定温度，之后将热空气送入干燥室对物料进行干燥。携带有水蒸气的排气直接排入大气或经排湿后返回集热器循环使用。2020/2/2330温室型干燥器：结构同太阳能温室相似。干燥室屋顶用玻璃等透明材料制成，向南倾斜，倾斜度一般比当地纬度大15~20°，以使阳光大致垂直照射屋顶。北墙涂黑以加强温室效应和保温。为了调节室内的温度和湿度，在南墙下方开进气孔，在北墙上方开排气口。被干燥的物料直接摊放于温室中的物料架上，接受太阳的直接辐射。2020/2/2331集热器-温室型干燥器：同时采用集热器和太阳能温室的复合型干燥装置。物料既可直接由太阳光辐射加热，又可以通过热空气的对流加热强化干燥过程，因此其干燥效率和产品的干燥质量最高。为了晚上能连续干燥，可在干燥室增设辅助热源，如地热、加热炉等；也可简单地在下部加设储热室，其中放置卵石、砂石等蓄热材料。在白天，通过太阳能将蓄热材料加热，晚间蓄热材料可以向干燥室提供热风，使干燥过程继续。2020/2/2332我国太阳能干燥研究成果2020/2/2333§2.太阳能的热利用§2-1.平板型集热器§2-2.真空管集热器§2-3.太阳能热水器§2-4.太阳房太阳灶§2-5.太阳能干燥§2-6.太阳能储存2020/2/2334太阳能储存的三个含义：§2-6.太阳能储存将白天接收到的太阳能储存到晚间使用；将晴天接收到的太阳能储存到阴雨天使用；将夏天接收到的太阳能储存到冬天使用。目前的技术发展水平仅限于第一层含义上的储存。太阳能储存的三种方式：显热储存潜热储存化学储存2020/2/2335利用蓄热材料的热容量，通过升高或降低材料的温度而实现热量的储存或释放的过程。对于一定量的蓄热材料，其比热容越大，温度变化越大，储存的热量越多。蓄热材料液体介质：水、油和各种有机溶剂。水的比热容最大，无毒无臭方便易得，价格便宜。固体介质：卵石、砖块、混凝土、土壤等。显热储存2020/2/23362020/2/2337利用蓄热材料在热作用下发生相变而产生的热量储存过程。由于相变潜热比显热变化大得多，因此，潜热储存具有很高的储热密度。一般材料的相变有三种：固气相变、液气相变、固