عنوان پایان‌نامه
طراحی، ساخت و ارزیابی خشک کن هیبریدی خورشیدی به روش چرخه سیال
- رشته تحصیلی
- مهندسی کشاورزی-مکانیک ماشینهای کشاورزی
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس ابوریحان شماره ثبت: 868;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 73900;کتابخانه پردیس ابوریحان شماره ثبت: 868;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 73900
- تاریخ دفاع
- ۱۷ اسفند ۱۳۹۴
- دانشجو
- هادی صمیمی اخیجهانی
- استاد راهنما
- اکبر عرب حسینی
- چکیده
- یکی از رایج¬ترین و ساده¬ترین روش¬های خشک¬کردن، خشک¬کردن با استفاده از انرژی خورشیدی است. عمده¬ترین مشکلی که در خشک¬کردن به روش خورشیدی وجود دارد، طولانی شدن فرآیند خشک¬کردن محصول می¬باشد که این امر باعث بروز مشکلاتی نظیر ناهماهنگ شدن روند خشک¬ شدن و رشد میکروارگانیسم¬ها در داخل محصول می¬گردد. همچنین غالب خشک¬کن¬های خورشیدی ساخته شده قابلیت ذخیره¬سازی انرژی برای مصرف در طول شب را ندارند. در این تحقیق برای استفاده بهینه و بیشینه از انرژی خورشیدی و کوتاه نمودن مدت زمان خشک کردن از یک سامانه خشک¬کن مجهز به صفحه جمع¬کننده تخت، متمرکز کننده سهموی و یک مبدل حرارتی استفاده شده است. با بررسی کارکرد هر قسمت، بهینه-سازی لازم برای استفاده حداکثر از خورشید بر روی هر قسمت به صورت نرم¬افزاری انجام گرفت. در مرحله اول روند انتقال گرما و ضریب انتقال حرارت صفحه جمع¬کننده تخت برای دو حالت ثابت و با¬چرخش (با قابلیت تعقیب تابش خورشید) مقایسه شد. نتایج نشان داد، مقدار گرمای انتقال یافته در نوع با چرخش 1/36 درصد بیشتر از نوع ثابت است. برای بررسی روند خشک¬شدن با استفاده از صفحه جمع¬کننده چرخشی از محصول گوجه¬فرنگی استفاده شد. آزمایش در سه سطح سرعت هوای 5/0، 1 و 2 متر بر ثانیه و سه ضخامت 3، 5 و 7 میلی¬متر در شهریور سال 93 انجام پذیرفت. بر اساس مقادیر پارامترهای R2، ?2 و RMSE، مدل Page به عنوان بهترین مدل برای پیش¬بینی روند خشک¬شدن ورقه¬های گوجه¬فرنگی در تمام سطوح سرعت و ضخامت انتخاب شد. در مرحله دوم پس از طراحی متمرکز کننده سهموی و مبدل مربوطه، سیستم ذخیره¬سازی انرژی به خشک¬کن اضافه شد. در این مرحله خشک¬شدن ورقه¬های گوجه¬فرنگی و میوه آلو مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش¬ها در ماه¬های مرداد و شهریور سال 94 انجام شد. برای خشک¬شدن ورقه¬های گوجه¬فرنگی در خشک¬کن خورشیدی هیبریدی، بطور پیوسته در طول24 ساعت در سرعت¬های 5/0، 1 و 2 متر بر ثانیه و ضخامت¬های 3، 5 و 7 میلی¬متر استفاده شد. آزمایش¬های خشک¬کردن آلو در سه حالت با استفاده از صفحه تخت، ترکیب صفحه تخت و متمرکز کننده و هیبریدی و سه سطح سرعتی 5/0، 1 و 2 متر بر ثانیه انجام گرفت. در تمام سطوح سرعت کوتاه¬ترین مدت زمان خشک¬شدن مربوط به حالت هیبریدی و طولانی¬ترین مربوط به حالت فقط با صفحه تخت بود. در مقایسه تحلیل رنگ دو حالت چرخشی و ثابت، بهترین کیفیت گوجه¬فرنگی مربوط به حالت چرخشی با سرعت هوای 1 متر بر ثانیه و ضخامت 5 میلی¬متر می¬باشد. در مقایسه تمامی حالات بهترین کیفیت رنگ آلو مربوط به حالت هیبریدی می¬باشد. روند حرکت سیال و توزیع دمایی در صفحه تخت، لوله دریافت کننده گردآورنده سهموی و موقعیت لوله¬های مبدل با استفاده روش CFD شبیه¬سازی شده و در هر قسمت حالت بهینه معرفی شد. در تحلیل اکسرژی متمرکز کننده خورشیدی، بیشترین تلفات مربوط به لوله متمرکز کننده می¬باشد که با استفاده از حفاظ شیشه¬ای می¬توان آن را کاهش داد. بیشترین بازده انرژی در حالت هیبریدی با سرعت 1 متر بر ثانیه و کمترین آن در حالت صفحه¬تخت با سرعت 5/0 متر بر ثانیه به 18/20 درصد بدست آمد. کلمات کلیدی: اکسرژی، جمع کننده صفحه تخت، خشک¬کن هیبریدی، کیفیت رنگ، متمرکز کننده سهموی
- Abstract
- Solar drying is one of the most common and easiest methods of drying. The main problem in solar drying is the long time of drying process, which causes problems such as disharmonic drying process and growth of microorganisms in the product. Most of the dryers are not capable of storing solar energy to use during the night. In this research a drying system with flat plate collectors, parabolic concentrator and a heat exchanger was used in order to maximize the efficient use of solar energy and shorten the drying time. The performance of each part was examined, and the system was optimized by using software to achieve the maximum use of the solar energy. In the first stage, the processes of heat transfer and heat transfer coefficient were compared for both fixed and rotating flat plate collectors (with the ability to chase the sun). The results showed that the amount of heat transferred in the collector with rotation was 36.1 percent more than the fixed type. The tomatoes were used for evaluation the drying process of the dryer with rotational flat plate collector. The tests were done at three levels of air velocity (0.5, 1 and 2 m/s) and three levels of slice thickness (3, 5 and 7mm) in summer 2014. On the basis of the parameters R2, ?2 and RMSE, the Page model was selected as the best model to predict the drying process of tomato slices at all levels of air velocities and slice thicknesses. In the second stage after designing the parabolic concentrator collector and heat exchanger, an energy reservoir was added to the dryer. Then the drying process of tomato slices and plum were examined in the summer of 2015. The hybrid solar dryer was used continuously over 24 hours for drying of tomato slices at air velocities 0.5, 1 and 2 m/s and slice thickness of 3, 5 and 7 mm. The shortest drying time was at the air velocity of 2 m/s and slice thickness of 3 mm while the longest drying time was at the air velocity of 0.5 m/s and slice thickness of 7mm. Drying process of plum was done in three modes: using only flat plate collector, mixed flat plate collector and concentrated collector and hybrid mode at three levels of air velocity 0.5, 1 and 2 m/s. The minimum drying time at all levels of air velocities was related to the hybrid mode and the maximum drying time was related to dryer with only flat plate collector. The comparison of color quality analysis of both fixed and rotating flat plate collectors showed that the best color quality of tomato was related to condition with rotating plate at air velocity of 1m/s and slice thickness of 5 mm. The best color quality of plum was related to hybrid mode at all conditions. Fluid flow and temperature distribution in flat plate collector, receiver tube of parabolic collector and the position of heat exchanger tubes simulated by CFD method and the optimized condition was introduced on each part. The maximum value of energy efficiency was obtained in hybrid mode with air velocity of 1 m/s while the minimum value was achieved in flat mode with air velocity of 0.5m/s.
