【摘 要】
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海带是一种重要的海生资源。在世界海带市场中,中国市场的占有量约为50%。新鲜海带因含水率高、易腐烂,在运输或保存过程中须进行干燥脱水处理。但是,干燥工艺耗能巨大,据统计,目前我国干燥工艺的能耗占国家能源总消耗的比例高达约15%。因此,海带干燥过程中的节能降耗及对新型干燥工艺的研究具有重要意义。在课题组前期开发的双蒸发器常闭式热泵干燥器的基础上,本文通过设计集成太阳能集热器和空气-水换热器等热利用设
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海带是一种重要的海生资源。在世界海带市场中,中国市场的占有量约为50%。新鲜海带因含水率高、易腐烂,在运输或保存过程中须进行干燥脱水处理。但是,干燥工艺耗能巨大,据统计,目前我国干燥工艺的能耗占国家能源总消耗的比例高达约15%。因此,海带干燥过程中的节能降耗及对新型干燥工艺的研究具有重要意义。在课题组前期开发的双蒸发器常闭式热泵干燥器的基础上,本文通过设计集成太阳能集热器和空气-水换热器等热利用设备,构建出太阳能-热泵联合干燥系统,同时确定出联合干燥系统的干燥模式及其主要控制逻辑。选取新鲜海带结为干燥物料,对不同干燥模式下的系统性能,联合干燥系统的海带结干燥特性、影响因素及其干燥模型等方面进行实验和理论研究。具体而言,本文的主要工作内容和研究成果如下:（1）在课题组前期开发的双蒸发常闭式热泵干燥器的基础上,通过设计计算完成了太阳能集热板的有效面积和干燥室内空气-水换热器的选型,成功设计并组装出一台太阳能-热泵联合干燥装置。该装置利用太阳能和热泵两种子系统协同工作,成功解决了太阳能单独干燥的不连续性问题和热泵单独干燥的高能耗问题。（2）选用新鲜的海带结为干燥物料,对比研究三种不同干燥模式下（太阳能单独干燥、热泵单独干燥和太阳能-热泵联合干燥）的干燥性能。实验结果表明:本文干燥条件下,太阳能-热泵联合干燥模式相较于热泵单独干燥模式,节约了26%的能耗、节省了约10%的干燥时间;太阳能单独干燥模式能耗最低,仅为太阳能-热泵联合干燥模式和热泵单独干燥模式的28.2%和13.1%,由于太阳能的不连续性,其干燥过程总耗时长达3天,远长于太阳能-热泵联合干燥模式和热泵单独干燥模式。本文干燥条件下,太阳能单独运行模式、太阳能-热泵联合运行模式、热泵单独运行模式的单位能耗除湿量分别为6.61、1.35和0.693kg/k Wh,单位时间除湿量分别为0.089、1.28和1.10kg/h。（3）基于太阳能-热泵联合干燥模式,探讨了不同干燥温度、风速、盘间距和装载量下的海带结干燥特性。实验结果表明,干燥温度、风速和盘间距越高,装载量越低,海带结的干燥时间越短、干燥速率越快。但是干燥温度、风速、盘间距过高,装载量过低时,海带结的干燥速率有所降低。经综合对比分析,干燥温度45℃、风速1.5m/s、盘间距150mm和装载量3.6kg的干燥条件下海带结的综合干燥效果最佳。（4）基于实验结果,选用10种干燥动力学数学模型,采用SSE、R-square、Adj R-sq和RMSE等评价指标,确定太阳能-热泵联合干燥模式下海带结的最优干燥模型。结果表明Logarithmic模型、Page模型和Verma et al.模型的R~2和Adj R-sq均值较高,SSE和RMSE均值较小,比较适合用来描述海带结在太阳能-热泵联合干燥模式下的干燥过程。进一步对上述三种模型的预测值与实验值进行比对分析,发现Verma et al模型的预测值与实验值与拟合度最高,表明Verma et al模型最适合用于预测太阳能-热泵联合干燥模式下的海带结干燥工艺。基于Fick第二扩散定律和Arrhenius公式,计算出不同干燥温度、风速、盘间距和装载量条件下的有效水分扩散系数分别在3.9251×10-9～1.0012×10-8、5.1118×10-9～1.0028×10-8、3.4253×10-9～1.0001×10-8和2.1908×10-9～9.1282×10-9m~2/s范围,海带结不同干燥温度下的活化能为49.99k J/mol。
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