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寧波大紅鷹學(xué)院
畢業(yè)論文外文翻譯
所在學(xué)院： 寧波大紅鷹學(xué)院
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)： 10機(jī)自2班
學(xué) 號(hào)： 1021080249
姓 名： 張聰清
指導(dǎo)教師： 周志彬
2013年 11月15日
基于可再生能源的中草藥干燥機(jī)建模與仿生
摘要
中草藥在收獲時(shí)候應(yīng)該被直接干燥，否則昆蟲(chóng)和真菌會(huì)使它們變質(zhì)。像日曬這種傳統(tǒng)的風(fēng)干方式和傳統(tǒng)的干燥劑并不適合，因?yàn)樗鼈儠?huì)污染草藥，并且在增加干燥成本的同時(shí)降低干燥效率。因此，最近的趨勢(shì)是用可再生能源來(lái)干燥草藥。本文會(huì)展示一種新的可操控干燥系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)利用太陽(yáng)能收集器和電動(dòng)加熱器來(lái)加熱空氣，還有PV-WIND混合系統(tǒng)來(lái)提供所需的電力能源給電動(dòng)風(fēng)干機(jī)供能。本篇論文還會(huì)呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)建模，仿生和熱力系統(tǒng)的控制（例如太陽(yáng)能熱力系統(tǒng)和電熱器）。此外，這里還會(huì)講到熱力系統(tǒng)的不同結(jié)果來(lái)檢驗(yàn)該提供所系風(fēng)干操作系統(tǒng)的有效性。這個(gè)結(jié)果是來(lái)滿足該風(fēng)干操作的最終目標(biāo)。
關(guān)鍵詞：草藥干燥機(jī)，太陽(yáng)能熱力系統(tǒng)，可再生能源，動(dòng)態(tài)建模
1. 介紹
在許多國(guó)家，許多食品都在儲(chǔ)存過(guò)程中由于昆蟲(chóng)，嚙齒動(dòng)物或者鳥(niǎo)類的破壞而變質(zhì)，腐爛。對(duì)于所列出的收貨損失，原因有很多，例如收獲系統(tǒng)，加工過(guò)程，儲(chǔ)存，運(yùn)輸和出售。食品干燥是收貨過(guò)程中很重要的一步，它會(huì)降低損失，防止儲(chǔ)存過(guò)程中的大量變質(zhì)。而且，高質(zhì)量的干燥技術(shù)會(huì)大幅度的增加食品質(zhì)量[1]。因此，為了增加草藥質(zhì)量，防止由嚙齒動(dòng)物，鳥(niǎo)類，昆蟲(chóng)和真菌引起的腐爛和損失，草藥最好再收獲之后立即干燥，變質(zhì)在潮濕環(huán)境中更容易發(fā)生。[1.2]
傳統(tǒng)的暴曬風(fēng)干，即把產(chǎn)品直接暴露在太陽(yáng)下，有很多弊端，比如風(fēng)吹來(lái)的碎片，雨水，昆蟲(chóng)感染，人類和動(dòng)物的干預(yù)會(huì)造成產(chǎn)品的變質(zhì)。而且，這需要更多的風(fēng)干時(shí)間。另一方面，還有高速風(fēng)干機(jī)操作需要高成本的能源。此外，這不是很可靠，也不是很環(huán)保。相反的，這種風(fēng)干機(jī)操作會(huì)用可再生能源，例如PV模型，太陽(yáng)能收集器和風(fēng)輪機(jī)等等。
該論文描述一個(gè)新的可控制的草藥風(fēng)干系統(tǒng)。該風(fēng)干機(jī)用一個(gè)碟狀的太陽(yáng)能收集器來(lái)加熱干燥所用的空氣，PV-WIND混合系統(tǒng)來(lái)給風(fēng)干機(jī)提供電能。
2. 草藥干燥系統(tǒng)
這個(gè)提議的草藥干燥機(jī)外形如圖1所示。這個(gè)圖標(biāo)有三個(gè)主要的系統(tǒng)構(gòu)成：太陽(yáng)能熱力系統(tǒng)，干燥機(jī)和可再生能源系統(tǒng)。太陽(yáng)能熱力系統(tǒng)的主要功能是給干燥機(jī)提供空氣，這個(gè)機(jī)器有所需的太陽(yáng)能熱力能源，且很適合干燥過(guò)程。同時(shí)，可再生能源系統(tǒng)是給干燥機(jī)提供所需電力的，用來(lái)保證高質(zhì)的可持續(xù)的風(fēng)干操作。
3. 熱力系統(tǒng)建模
在此過(guò)程中，能源平衡原則是用來(lái)完成所提議的太陽(yáng)能熱力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)建模和電動(dòng)加熱器所需元件的。
3.1.太陽(yáng)能收集器建模
這里會(huì)用到一個(gè)盤狀的收集器來(lái)收集太陽(yáng)能并轉(zhuǎn)化成水流入平行光管，它附在一個(gè)黑色的金屬盤子上。這種類型的收集器可以雙面工作，散射組件的太陽(yáng)輻射。因此，就是被切斷太陽(yáng)能了也可以工作[4.5]。
收集器里的水會(huì)吸收太陽(yáng)能，速率為，
同時(shí)，也會(huì)散發(fā)一些熱量，如公式所示
其中：
τ收集器的透光率（部分入射能量的轉(zhuǎn)化）
α收集器的吸收率（部分日曬）
(τα)eff收集器表面的有效吸收(0.8)
Ac收集器面積（22）
拉得太陽(yáng)能照明度
總體特例損失系數(shù)（8.3）
Tcout收集器出口水溫
Tair外圍溫度
因此，收集器（圖2所示）的能量平衡[2,4]導(dǎo)致以下等式
其中：
收集器的水流率
Cpw具體水溫
ρ pw水的密度
Vcw收集器的水量
3.2 收集箱建模
由于水箱的分層性質(zhì)，該水箱由五個(gè)特定的層次，如圖3所示。最高層的溫度最高，最底層溫度最低。出水口的水從收集器里出來(lái)留到水箱的頂層，水溫是Tcount，然后睡從水箱最底層流到收集器。同時(shí)，水箱最高層的水以Twh=T1倒出到另一邊。而且水到底層的溫度是Twc。
大體上來(lái)講，收集器的水循環(huán)增加了水箱的熱能，同時(shí)轉(zhuǎn)載箱的水循環(huán)增加或降低水箱儲(chǔ)存的能量。因此便產(chǎn)生了水箱（圖4）主體曾（m）的能量平衡[2,3]
其中
和
等式4的符號(hào)被定義為 ：
Tm 表層溫度 m（m=1，2，…，5）
Twc 熱量轉(zhuǎn)換面的出口水溫
mm m曾的水量
mHew 熱量轉(zhuǎn)化面的水流率
Am m層的表面積;
Ust 暴露面的總損失率(=10.08 W/m2 ?C).
3.3 熱量轉(zhuǎn)換器建模
所采用的熱量轉(zhuǎn)換器是水水平流入空氣形的，由兩個(gè)同軸的管道組成，如圖5a所示。熱流體，例如水，流過(guò)直徑小的管道，同時(shí)冷的流體，例如空氣，流過(guò)兩個(gè)管道的空隙。有必要指出，這兩種流體是互相流動(dòng)的。在此，兩種流體流過(guò)轉(zhuǎn)換器是，熱流體通過(guò)管道表面?zhèn)鬏敓崃拷o冷流體。因此，熱流體的溫度降低同時(shí)冷流體的溫度升高當(dāng)它們流過(guò)轉(zhuǎn)換器的時(shí)候，如圖5b所示。熱水和空氣以Twh和Tab的溫度進(jìn)入轉(zhuǎn)換器，它們出口的溫度是Twc，
和The。
已知熱量轉(zhuǎn)換率，熱量從水轉(zhuǎn)到空氣的速率Qw-a是
因此，應(yīng)用能量守恒等式于熱量轉(zhuǎn)換器，圖6，就得出不同的等式
其中
mair空氣流動(dòng)率
ρa(bǔ)ir空氣密度
VHE熱量轉(zhuǎn)換器數(shù)量;
Cpair空氣的特定溫度
熱量轉(zhuǎn)換器進(jìn)出口溫度的關(guān)系可用以下等式表示，如[6]
3,4 電動(dòng)加熱器建模
電動(dòng)加熱器的主要功能是輔助加熱干燥用的空氣。輔助加熱就是電動(dòng)加熱器只有在轉(zhuǎn)換器氣溫度比所需溫度低的時(shí)候才會(huì)工作，來(lái)把空氣調(diào)節(jié)到40度。
如果電動(dòng)加熱器的動(dòng)力是Pheater，加熱效率是ηheater，那么加入空氣的熱量就是[7]
因此，加熱室運(yùn)用能量守恒定律，如圖7，得出
其中Vhc 表示電動(dòng)加熱器中加熱室的數(shù)量
引自：
Modeling and Simulation of a Renewable Energy Based-Medical Herb Dryer