转轮除湿干燥系统设计与试验

2020年1月农业机械学报第57卷第2期d机：10•6047/j•isso.1000-S298•2020.17.047
转轮除湿干燥系统设计与试验
王教领金诚谦宋卫东丁天航王明友吴今姬
(农业农村部南京农业机械化研究所，南京2101)
摘要：为了实现农产品优质节能干燥，针对转轮除湿再生能耗高等问题，进行了转轮除湿系统优化设计，设计了中低温可切换一体干燥机，构建分级冷凝再生模式，进行分级再生与香菇除湿干燥试验分析，研究优化干燥工艺，确定整机除湿能耗等作业参数o为了检验并提高分级冷凝作业性能，以再生加热温度、再生冷凝热量及干燥冷凝热量为指标，运用Bcp-Bexhnkex中心组合试验设计理论，对蒸发进风温度、再生进风温度、风阀开度7个影响分级再生性能的因素进行响应面试验。

通过数据分析，建立了分级冷凝再生模型，结合等值线图分析了上述7个试验因素对指标的影响规律，同时对各影响因素进行了综合优化与试验验证o结果表明3个回归模型均高度显著,R Sq均大于99%，模型可靠性高；在室温条件下，提高蒸发温度与再生进风温度有利于提升分级冷凝再生效果；与纯电加热再生相比，分级冷凝再生可降低能耗29.0%o香菇转轮除湿干燥试验表明，在相同干燥温度下，采用转轮除湿干燥比热泵干燥后的香菇品相好,干燥速率提升2倍以上，能耗高5.9%o
关键词：干燥；转轮除湿；香菇；热泵；节能再生；分级冷凝
中图分类号：TS255.5文献标识码：A文章编号：1000298(2020)1077407
Design and Test of Drying System for Desicconh Wheel DehumiOificohon
WANG Jiao/ng JIN Chenpqian SONG Weifo/p DING Tipdpip WANG Minpyon WU J9-1
J Nanjing Institute of Agricultural Mechanization,Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Nanjing210014,China）
Abstrecl:In odor to solve tho p—/6m of high energy co/sumpdon of des—cant wheel UeXumiPUicat—/ and rea/zo tho exerfd-favina,hign・quaTty anU b—inp of ay—cultural p—ducts,tho Uesiccan-wheel UehumiPiUcaUo/system was desihyeX and optimized.And a miPdty and6w-empemtu—究—业方to ideym/X b—or was bovvloped,and a frac d on a t co/bensadon modo was built.Fmcdo/at co/bensat—n and shii-tabo b—inp expe—men/we—car—生out.To test and improve tho perOrmanca of frac/o/at co/bensa/on,with tho goal of increasing tho—genem/on heating temperaturf:Q；and Q.,tho B oo—BenhnP生—spo/so su—Uca/st was prformed on th r ev fac/ra that Pfecting tho c6ssiUcy/on peidomanca:ovapckaXng inlet air/mpemtu—,ca/bexsinp air/mpemtu—,and bampor opening.
Th—noh data analysin:a respo/so suiCUco moPei was estab进hed,and tho inUuexca mychadsm of tho above threo ifspoct—/indicator）aPoc/X by chanpys in tho valuo of tho th r ev expe—mental fac/ra was analyzed in€0—01X3/0/with tho ca/to/r map.A-tho samo/mo:camp—hexsiw op/miza/on and exped—生tat w—0业/和机each inOuexcinp factor we—performeX.Tho—suite showed that tho R丸机tho threo models we—P t greator than99%.Tho test fac/ra had a great impac-on tho d—inp quality and energy co/sumpdon.When tho96-air temperaturf was34.0C,tho ca/bexsinp air temperaturf was
34.3C,tho bampor o/exinp was30.5%,tho hea/np temperaturf was07.1C,Q；was13030kJ,Q.
was0；449kJ,and tho p—X—/on error we—less than0%.A-mom temperaturf,as much as possibly to promota tho ovaporat—/temperaturf and—genemdon inly-air temperaturf was ca/bucivv to improvinp tho eXect of cdssiUca/on—genem/on.It on reduco energy copsump/on Uy29.0%campa—X with pura eloct/c hea/np—genem/on.Tho test of shii-tabo b—inp Or besiccant wheel beXumiPUicat—/showed tha-at tho samo drying temperaturf,it was bettor than tho shii-tabo mush—om b—生Uy tho heat pump,tho
收稿日期：2020-02-24修回日期：2020-05-13
基金项目：中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目（敬02—0-02）、中国农业科学院科技创新工程特色农产品干制与加工装备团队项目（2020）和江苏省农业科技自主创新资金项目（CX（1）327）
作者简介：王教领（188—）,男,助理研究员,博士生,主要从事农产品干燥加工技术与装备研究,E-mail：kclxjl@12.cam
通信作者：宋卫东（105—）,男,研究员，主要从事农产品干燥加工技术与装备研究,E-mail：so/gwU®17.cam
第11期王教领等：转轮除湿干燥系统设计与试验375
drying rata was increased by more than 2 Umos , and the epergy ceusumption was higher than 5. 9% . Tho research result can prcvibo a reference fcr tho design of epergy saving drying system for desiccant wheel
dehum —ifica —on.
Key wordt : drying ； desiccant wheel deXumibiUcation ； shii-taPo ； heat pump ； energy saving
reyexeratiop ； fractional ceudexsation
0引言
干燥是农产品贮藏与后续加工的重要手段。

目 前，我国农产品干燥产业存在能耗、品质与效率等方
面的问题，如热敏性果蔬、高质坚果类农产品还缺乏 有效的干燥技术设备［1-3］o 常见的传热方式有对流 干燥、辐射干燥和传导干燥。

对流干燥应用条件低、
范围广，但存在风温、风量调幅受限等问题［4_8］o 因 此，可采用强化传质模式，利用低湿驱动低温干燥。

常见的除湿方式有冷凝和吸附等方式，有代表
性的除湿方法包括热泵除湿和转轮除湿。

热泵除湿 节能性好，但深度除湿能力有限，而转轮除湿后，虽
露点较低但除湿量不大。

因此，采用联合除湿可以 较好地发挥两种除湿方法的优势［9-4］ o 典型的转 轮除湿一般由转轮、加热器和转轮电机等组成，转轮
中装填吸附剂，转轮面分为除湿区与再生区。

在除 湿过程中，转轮在驱动装置驱动下缓慢转动，处理进
风进入除湿区除湿，当转轮在除湿区域吸附水分达 到饱和状态时，进入再生区域，由高温空气进行脱附 再生，这一过程循环进行［12-13］。

转轮除湿早期主要用于空调和工业领域的除湿 干燥［4-2 ］，一些学者将其应用于农产品干燥领域。

如文献［4 - 1］将转轮除湿用于种子干燥，文
献［20-24将转轮除湿用于粮食、食品贮藏，文 除湿的节能问题一直是研究的重点。

将转轮与热泵 结合，采用蒸发器降低转轮进气温度，利用冷凝器降 低干燥空气温度，可减小杏鲍菇干燥的能耗［23］，两
级转轮除湿也可有效降低除湿能耗［24 -23］。

转轮再
生耗能是导致其能耗高的主要因素，因此，节能再生 成为研究热点。

现有再生节能研究主要聚焦于再生
热源，如利用废热、太阳能等，这需要额外增设再生
设备叫27。

本文基于上述问题，进行转轮热泵联合除湿干 燥系统优化设计，构建分级冷凝再生系统，进一步降 低干燥能耗，并以鲜香菇进行干燥试验，进行转轮热 泵联合除湿与热泵干燥速率、能耗等指标对比分析,
以期为转轮除湿干燥设备优化设计提供参考。

1样机设计与主要参数确定
11整机结构与工作原理
本样机除湿工艺如图1所示，设备主要由热泵
系统、转轮、干燥箱、辅助部件及其控制系统组成。

热泵系统主要由蒸发器、冷凝器、压缩机和膨胀阀 等组成，其中冷凝器由干燥冷凝器、再生冷凝器和
废热冷凝器组成。

转轮分为除湿区与再生区，面
积比例为3： 4由胶带驱动，可以实现无级变速。

干燥箱内有干燥架，采取底部穿流式穿过物料箱。

同时还有压力表、管道、新回风转换机构、中低温
献［22 ］将转轮除湿用于椰子干燥，并与热风干燥进干燥切换阀和风机等辅助部件以及温湿度传感器行对比，发现I ：燥速率明显提咼、但能耗较人。

转轮
等测试元器件等
图1转轮除湿热泵干燥系统除湿工艺
Fig. I De/umibi —cction process adont heat pump drying system of wheel de/umibiUcction
2蒸发器2.膨胀阀3.废热冷凝器4.控制器5.压力表4.干燥冷凝器7.辅助加热器3.再生冷凝器7.中低温干燥切换
阀 3.再生风机 4.压力传感器 3.压缩机 4.处理进风风机 2.温湿度传感器 4.新回风转换机构 3
.过滤器
373农业机械学报4646年
干燥冷凝器与废热冷凝器是一组并列冷凝器,通过选择其中一个，组成热泵循环系统可实现中低温的切换，满足不同干燥温度要求。

低温干燥路线为蒸发器—压缩机—再生冷凝器—废热冷凝器—膨胀阀一蒸发器，其中废热冷凝器中的热量排放到室内，该系统可用于40C以下的低温干燥。

中温干燥路线为蒸发器一压缩机一再生冷凝器一干燥冷凝器一膨胀阀一蒸发器，可实现47〜56C的中温干燥，如果需要更高的干燥温度可以利用辅助加热器。

再生冷凝器利用压缩机排出的高温气体制冷剂，对再生进气进行加热，对转轮进行辅助再生。

设计的转轮除湿装备整机结构如图2所示，工作过程中分为干燥空气流动与制冷剂循环两个过程。

制冷剂循环过程有中、低温两个过程，在上文已经作了分析。

干燥空气的流动分为干燥与再生过程。

图2转轮除湿热泵干燥机整机结构示意图Fig.4Structure scUematio on drying mccUiuo of heat
pump of desicceut wheel de/umibi—cction
、.冷凝风机2.废热冷凝器3.再生辅助加热箱4.蒸发器
5.再生冷凝器
6.再生出口
7.转轮
8.再生进口
9.干燥冷凝器3.干燥进风口 4.管道12.储液器1.压缩机
结合图0干燥初期由新回风转换机构将室内空气导入蒸发器，经降温除湿后的空气，由处理进风风机导入转轮箱，转轮箱内装有转轮，对处理进风进一步除湿，经过转轮除湿后的处理出风，进入干燥冷凝器，经调温后送入干燥箱，之后穿过带有多孔的底板，由下向上逐步穿过物料,排到大气中。

而当干燥进行到某个阶段，回风湿度较低、温度较高时，通过新回风转换机构将回风导入蒸发器，进行闭环除湿干燥。

再生过程中，空气经再生冷凝器预热到70°C左右,进入再生辅助加热箱，加热后经再生进口对转轮进行再生，再生后的潮湿空气经再生出口排出，排出的再生废气还可以在外界温度较低时，对再生进风进行预热。

1.2系统设计与参数确定
13231物料干燥设计条件
以香菇干燥为例，批次干燥质量为56/g,物料初始含水率为86%,干燥温度36〜86°C线性可调, Oh将物料干燥到贮藏要求。

则每小时需要输入的热量为
Q o
mwh0
3606A F
=833eW
式中m——物料质量,0
w—
—湿基含水率，％
h——水的汽化潜热，取2386/J/Tg
T——干燥时间，h
入—
—物料吸热率，取66%
因为热风是通过穿流方式穿过物料的，因此风速一般小于1m/s,本次取风速u=6.5m/s,出风口总面积为Si=6.0m2,则干燥风体积流量为
V a=3606U s=1086m3/h
取热空气密度p=1-112/0/.2，干燥风质量流量为
V am=PU S1=1200kg/h
13232除湿过程设计条件
(1)蒸发进风参数
蒸发进风取室内空气，生产地全年平均相对湿度86%，平均温度23C，因此，在室内取蒸发进风参数为温度23兀、相对湿度86%。

(2)转轮除湿参数
取转轮除湿后露点为-4C,升温至36C,则含水量1.610//0,焓值32.7/J/hgo
(3)干燥进出风设计
设进入干燥箱的风温度为50C，由于是等湿加热，则焓值为53.2/J/hg,按照等焓除湿过程，设出风温度为35°C，则含水量为7g/hgo
(4)热泵除湿参数
热泵除湿后干燥介质的温湿度，取温度i°c,露点3C[28]o
1.2.3热量与除湿负荷计算
制冷量Q r为
Q r=V am(h a-h h)=3.1kW
式中h a---进风焓值U/hg
h h---热泵除湿后焓值,kJ/kg
转轮除湿量及效率为
D w=V am(d w-0)=5.3kg/h
h—h o
s=1—_a=85.8%
h a
式中d w---转轮除湿后含水量’
g/kg
第11期王教领等：转轮除湿干燥系统设计与试验372
d h----热泵除湿后含水量,g/k g
h——转轮除湿后焓值,kJ/kg
物料除湿总量为
D u=V a m（4f-d C=7.2切2
式中d f——干燥箱出风含水量,p/kg
d o——干燥箱进风含水量,p/kg
干燥冷凝热量为
Q a=V a m（h lw-h）=2.0kW
式中h o——干燥箱进风焓值,PJ/2p
h d——转轮除湿后焓值,PJ/2p
再生冷凝量为
Q b=c h r a m（T r n-T n）=5.0kW
式中h----空气定压比热容,取7.045kJ/（kg-K）
T o—
—再生进风温度,取2—C
V r a m——再生风质量流量,kg/h
T a——再生冷凝出风温度,取74C
同时转轮再生需要加入的部分电辅热量为
Q d;之卩如⑴-匚。

）=5kW
式中T——再生温度,取25°C
则压缩机理论消耗功率为
瞬h U=Q a+Q b—Q e=2・3kW
以热泵蒸发温度14C、冷凝温度55C设计,取
压缩机等熵效率n为°-05,则压缩机所需实际功率
w e
W=上=3.5kW
n
式中W h---压缩机实际功率,kW
制热循环实际制热系数为
C0PH W h+Q e
=3.9
压缩机所需实际功率为3.5kW,取5P型压缩机,实际制热系数为3.9,总制热量为；.0kW 本设计的转轮除湿整机物料除湿总量D u,= 7.0kp/2,风量为7084m3/h,转轮除湿量D w= 5.3kg/h,选择404/204型硅胶转轮，额定风量71°m3/h,除湿量5.5kg/h,满足生产设计要求。

2分级冷凝再生原理与试验
2.1分级冷凝再生原理
因转轮再生温度一般需要8°〜14C,而室温一般为25C左右,耗能较大。

本研究针对上述问题,采用压缩机高温排气,预热再生进气,进行分级冷凝再生。

实际热泵循环过程存在略微压降,导致系统分析较复杂,但影响并不显著。

所以本文忽略压降变化,绘制分级冷凝制热循环过程如图3（图中卩表示压力，h表示焓值）所示,a~b为压缩过程, b〜h为压缩机排气冷凝过程,h〜d为在冷凝器内冷凝过程,其中h点为再生冷凝的终点，设其进入两相区[28]o
Fig.3Heedng cqcle of frocdoxol ohde/sP—x
影响分级冷凝再生效果的主要因素有蒸发进风温度、进入再生冷凝器的再生进风温度及再生风量等，其中蒸发进风温度直接影响蒸发温度与制冷剂循环量,需要通过试验探究。

22分级冷凝再生试验
2.2.1试验仪器
所用仪器包括：SNT型温湿度无线测定仪（分辨率：相对湿度±4.7%,温度±4.2C）、Tes/425型风速仪（分辨率：9.°3m/9、Tes—645型手持式温湿度测定仪（分辨率：相对湿度±4.3%,温度±4.2C）、空调扇（单冷：最低；°C）o
2.2.2试验设计
（；）与纯电加热再生能耗对比试验
本设备分别独立控制压缩机循环系统、再生辅助加热、干燥辅助加热等部件，因此可实现纯电加热与分级冷凝再生加热两种模式的切换。

在纯电加热模式中只打开再生辅助加热开关，而在分级冷凝再生模式中分别打开压缩机系统与再生辅助加热开关。

两种模式中均设置再生温度为25°C，而在分级冷凝再生模式中，还需要分别通过再生冷凝器与干燥冷凝器前后焓差及通过的空气质量流量，测算再生与干燥冷凝器中的热量比。

两种模式分别在辅助再生加热器与压缩机中接入电表来测量电耗，且两种模式均利用电表测量再生风机的耗电量。

（2）分级冷凝再生优化工艺试验
再生冷凝器会产生高温热风：一方面，其温度、热量与制冷剂流量及压缩机排气温度相关；另一方面，也与进入再生冷凝器的再生进风的温度及风量相关。

因此，本次试验通过改变蒸发进风温度来改变制冷剂流量与压缩机排气温度。

通过测量再生冷凝器前后焓差测试单位冷凝热量。

同时利用风速仪测量风速，并结合管道截面积、空气密度计算空气质量流量，进而计算出总的冷凝热量。

蒸发进风与冷凝进风的温度改变分别通过装在蒸发器和再生冷凝器前端的辅助加热装置来实现，降温通过空调扇制
378农业机械学报4646年
冷模式完成。

再生风量由风阀开度控制，风阀开度在6〜36%之间，在实际应用中为了有效利用空气能风阀开度应大于56%，同时为了适当留一定裕度取开度56%36%与90%共3个水平；再生进风温度采用室温(24C),当室内温度较低时采用再生废气预热，可将冷凝进风提升到20C，而在夏季较高温度时，室温比室外温度一般低3〜5°C，根据当地气温条件可选再生进风温度上限为35C；由于干燥进风在新风与回风间切换，当地全年平均气温约为23C，同时在中低温干燥过程中干燥箱回风温度一般不高于56C,因此蒸发进风温度上下限分别取20C与56C。

23233测试指标
(4纯电加热再生耗电量Q o
在达到稳定温度后，测试5ml辅助再生加热器与再生电机的耗电量，并折算成每小时电耗。

(2)分级冷凝再生耗电量Q up
分别读取压缩机与辅助再生加热器及再生电机5ml耗电量，折算成每小时电耗，计算公式为
Q h
Q up=C—+Q o0(1)
OPH
式中Q b—一分级冷凝再生耗电量,w
(3)再生加热温度
再生加热温度指用于再生的空气经再生冷凝器加热后获得的温度，该温度由温度传感器测得，并在触摸屏上显示。

(4)冷凝热量
冷凝热量分为再生冷凝热量与干燥冷凝热量,利用装在两个冷凝器进出风口的温湿度传感器测量,则计算公式为
K am=P S(2)
Q i=V r am(a/2-a/s)T i(3)
Q2=V am3d2-h d1)T2(4)式中e——进出风口空气流速，m/s
S———对应风口面积,m
a I-3s—再生前、后热焓值U/hg
a os、o02----------干燥前、后热焓值，/J/hg
T s—一再生冷凝加热时间，h
T2—一干燥冷凝加热时间，h
V C am---冷凝进风质量流量，kg/h
Q o——再生冷凝热量，/J
Q2——干燥冷凝热量，/J
试验因素与编码如表1所示。

采用Mintad 4.1软件进行试验设计、数据处理与统计分析，并绘制等值线图,根据Bcp-Benhn0ex试验方案进行三因素三水平响应面分析试验。

表1响应面试验因素与编码
Tab・1Factor:and lrveSt of response surface test
编码
蒸发进风温度/°C
因素
再生进风温度/°C风阀开度/% -12020.650
03527.570
15035.690
23试验结果分析
23331能耗对比试验
以表1中的零水平，即蒸发进风温度35.6C,再生进风温度27.5C，风阀开度70%，分别测试纯电加热再生与分级冷凝再生能耗，每次测试两组取平均数。

两种模式的能耗如图4所示，均匀性较好，设备较稳定。

纯电加热再生耗能平均值为9.88kW-h,而分级冷凝再生耗能平均值为0.90kW-h,比纯电
图4纯电加热再生与分级冷凝再生耗电量
Fig.2Power consumption of pure eloctrio heetWy
reye/eration and froctioncl sonde/sOin reye/eration 23332分级冷凝再生优化工艺试验
对表2(表中X、、X2、X3分别为蒸发进风温度、再生进风温度、风阀开度的编码值)中的数据，运用Mintad数据分析软件进行多元回归拟合分析，结果见表3,并绘制各考察因素与试验因素之间关系如图5~7所示。

由表3可知，再生加热温度Y、、再生冷凝热量乙、干燥冷凝热量乙响应面模型的P<6.061,表明3个回归模型均高度显著；丫、、丫2、丫3模型失拟项均不显著(P>6.3,表明在试验范围内，回归模型与实际情况拟合度较好；丫、、丫2、丫3模型的R s依次为99.44%39.56%、99.1%，表明各模型可以解释99%以上响应值变化，仅有不到1%的总变异不能由模型来解释，预测值和实际值之间具有高度相关性，试验误差较小。

因此，可用该模型对分级冷凝各指标进行分析和预测。

第H 期王教领等：转轮除湿干燥系统设计与试验379
表2试验方案与结果
Tab. 2 Experiment desion and response valaes
试验
序号
X ；
X 2
X 7
再生加热 温度y/C
再生冷凝热 量y/k
干燥冷凝
热量y sj
1
1
1
665.69 798
25 10
56
6664.51 87653 465
3
1
—1659. 31 613
19 45546
—1
—1
65. 29 735
51 499
5
1
61
59. 9
1 729
19 21666666.619 459
25 646
7—1
—1
645. 3
1 613
19 2458
6
6665.61 90
53 7679
1
6—1
45. 3
2 644
53 80
16
6—1
1
6H319 252
1 369
11—1
6
—164.62 509
51 450
1561
—1
68.48773
53 44517
—16
1
45. 9
1 7761 5114—1
16
66.91 194
26 469
15
61
1
69. 9
1 397
1 929
由表3可知,模型y 的x ；、X 2、X 7、x 0、X 2X 7这
5个回归项影响极显著,x 2、x 9的2个回归项影响显
著,其余回归项影响不显著(P >0.05)；模型y 的
兀、兀、疋、兀兀的4个回归项影响极显著(P <
0.01),其余回归项影响显著(P <0. 05),其余回归
项影响不显著；模型y 的X 2、X 3、x 0、x 4、x 9的5个
回归项影响极显著(P <0.01), X ；、X ；X 3影响显著
(0.01 <P <0. 05),其余不显著(P >0.05)。

保留上
述模型显著项,剔除不显著项,建立再生加热温度
y 、再生冷凝热量y 、干燥冷凝热量y 对3个自变
量(Xi4：2>X7)的二次多项式回归模型,在保证模型 高度显著、失拟项不显著基础上，其回归模型可以优
化为
y =65. 638 3 -1. 200 0X ； +2. 359 5X 0 -1. 112 5X 7 -3. 116 O X ； +0. 555 3X 2 -0. 641 7X 2 +0. 900 0乙兀
(5)
y =1 OH 0 - 1 268. 4X 0 +3 10. 9X 7 -701. 3X 2 -679. 5X 2X 7
(6)
y =68 370. 0 +48& 7X ； + 1 705. 7X 2 -
2 21. 4X 7 -2 07. 6X 0 -2 039. 7X 2 -
953. 5X 2 -762. IX ；X 7 (9)
表3回归模型方差分析
Tab. 2 Variance analysis of rrsponse serface modet
y y y
来源------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------自由度 / p 系数 自由度 / p 系数 自由度 / p 系数
量 X 兀兀 .
K J
1
2 321222
3 1 1 2
常 X X X X X X X X X 1323.225***65.933 3168. 1 39***
1 OH 6196.636
***
53 376. 6
1-9. 606
***— 1.206 6
1—H 246 2.268
—13. 51 5. 971
0 631
438. 9
1 1. 13*** 5. 389 5
1—1. 913
***—1 253.4
1 1. 553***1 765.9
1-8.90***—H 115 5128.566
***
3 106.91-15.065
***-5513.4
1—16.656
***
—3. 16 9
1—4. 388
2. 09— 761. 3
1-9. 265***-5 61. 6
1 3. 639
2. 629 2.558 3
10 626
2. 985
3. 5
1-9. 376
***
-2639. 9
1— 3.466 6.619
-6. 641 91O 974 6. 37315. 91-4.411 2. 09-95837
1 1. 559 6. 16 6. 573 61-2. 791
6.465
-11.41H 716
6. 18
359. 1
1—H 846
6. 15-6. 325 6
1 6. 836 6.44118. 3
1—3. 651
0 61
-745. 1
1
5.665
6.04
6. 90 61
—4. 399 6.09
-673.31
H 771 6. 17
329. 3
注：***表示P<6.66H%表示回归模型误差占总误差的百分比;R s ,(.iH 表示调整的R s ,
回归997. 91***9111.51***961. 97***线性3H6. 97
***331. 75
***
315. 48
***平方
314. 1
***
39. 25 6.671
356.98
***
交互作用316. 39 6.613
36 66
6. 235
3 6.46
6.636
残差误差55
5
失拟3 1.36 6.4133 6. 86 6.3693H 25 6.473
纯误差
5
25
合计= 99. 44%
心（ij ） -92. 45%二99.50%乓（ij ）二98.61%
= 99. 1%（报））二99.51%
由表3的t 值知,蒸发进风温度X ；、再生进风温 度X 、风阀开度X 对再生加热温度y ；的影响由大 到小依次为兀、乙、兀。

X ；,X2>X 7对y 的影响效应
如图5所示,表明再生加热温度随再生进风温度增
大而增大，随蒸发进风温度呈先增后减的趋势。

换 热器传热的平均温差法表示为
①=kA^tm
( 5)①=—1('； -t'/)
(9)
O =l lm2C P 2(t/ 2 O
式中 ④—换热器传热量,W
386农业机械学报4646年
图5再生加热温度与蒸发进风温度、再生进风温度及风阀开度的等值线图Fig.2Contour plots betoeex heatWy temperature and inlet air temperature,cende/sing air temperature and damper ope/ing
图5再生冷凝热量与蒸发进风温度、再生进风温度及风阀开度的等值线图
Fig.2Contour plots betoeex Q o and inlet air temperature,cende/sing air temperature and damper ope/ing
图7干燥冷凝热量与蒸发进风温度、再生进风温度及风阀开度的等值线图
Fig.2Conlnr plots betoeex Q2and—lot air temperature,cende/s—g air temperature and damper ope/1g
q ml3m2----热、冷流体的质量流量，kg/S
c p s3P2---热、冷流体的比定压热容,J/jkfK)
o—热流体进出换热器温度,°C
i2、畸---冷流体进出换热器温度,°C
X—
—传热系数，W/(m2・K)
A---热换面积,m2
△o——平均温差，°C
当再生进风温度升高时，相同体积空气的质量变小,而定压比热容几乎不变，由式(3)知，升温所需的热量减小;蒸发进风温度升高导致蒸发温度升高，压缩比减小，排气温度减小，同时制冷剂流量也会增大，但蒸发温度随着蒸发进风温度升高上升到一定温度后将不再升高，此时蒸发进风温度再升高反而会降低制热效率。

同时排气温度减小程度较制冷剂增大程度小，所以总体趋势表现为先增后减;再生加热温度随着风阀开度的增大而减小，因为风阀开度越大单位时间流过的空气质量流量越大，所以当压缩机高温排气供给的热量一定时，由式(8)可知，再生加热温度的升温越小。

蒸发进风温度X、、再生进风温度X2、风阀开度X3对再生冷凝热量Y2的影响由大到小依次为X3、X2、X i o X、、X2、X3对丫2的影响效应如图0所示，再生冷凝热量随再生进风温度增大而减小，是因为再生进风温度越高，与排气温度差就越小，所传递的热量就越少，所以再生冷凝热量就越小；而与风阀开度成正比的原因是，风阀开度越大则单位时间流过的空气质量流量就越大，就可以吸收更多的排气热量;再生冷凝热量与蒸发进风温度呈现先增后减的趋势，主要是因为蒸发进风温度升高导致蒸发温度升高，在冷凝温度不变的情况下，压缩比会减小，从而排气温度降低，但同时制冷剂流量也会增大,而排气温度比制冷量变化程度小，因此再生冷凝量会增加,
第11期王教领等：转轮除湿干燥系统设计与试验387
但蒸发进风温度升高到一定温度后制热效率反而会降低。

蒸发进风温度X；、再生进风温度X.、风阀开度乙对干燥冷凝热量岭的影响由大到小依次为X7、X.'X；。

X3.X2.X3对Y.的影响效应如图7所示，干燥冷凝热量随再生进风温度变化的整体趋势为:再生进风温度越大、干燥冷凝热量越大，因为再生进风温度越大，再生冷凝热量越小，则在其他因素不变的情况下，干燥冷凝热量就会越大。

干燥冷凝热量随着风阀开度变化的整体趋势为：随着风阀开度的变大而减小，这是因为再生冷凝热量随着风阀开度的增大而增大，而在其他因素不变的情况下，冷凝热总量是固定的，从而导致了干燥冷凝热量出现了与再生冷凝热量相反的趋势。

干燥冷凝热量随着蒸发进风温度的升高先增大后减小，其原因与再生冷凝热量随蒸发进风温度变化原因相同。

24试验优化与验证
为了优化冷凝参数，获得尽可能大的再生加热温度和后级冷凝热量，同时再生冷凝热量增大的主要原因是再生加热温度的升高，但冷凝温度低也是部分因素，因此，本文运用M9t方响应优化器模块建立3个指标的全因子二次回归模型最优化求解，并赋予再生加热温度、再生冷凝热量、干燥冷凝热量的权重比为4：4：2,目标函数与变量区间如下所示：
目标函数
{—so Y；—so Y.—so Y7
响应优化区间
59.3°C W Y；W60.4°C
0444kJ W Y.W；450kJ
1240kJ w Y7W03800kJ
优化后得到的各因素最优参数为：蒸发进风温度32.0C，再生进风温度34.2C，风阀开度82.3%。

此时再生加热温度为60.4C，再生冷凝热量为255°kJ,干燥冷凝热量为2077°kJ,并采用此优化工艺参数进行冷凝试验3次，取平均值后得到再生加热温度为07.2C，再生冷凝热量为2434kJ,干燥冷凝热量为07449kJ,与预测误差均小于0%，可靠度高。

利用温湿度在线测定仪获得了蒸发进风温度与再生加热温度之间的关系，分析曲线(图0)表明在；：03,蒸发进风温度在36C时，再生加热温度达到了最大值，符合试验分析。

(
m
t
3
)
图8再生加热温度随进风温度的变化
Fig.0CUange of Xeeting temperatxro with96-air
temperatxro
3香菇转轮除湿干燥试验
3.1试验目的
为了检测转轮除湿干燥设备的作业性能，以香菇为试验对象，探究转轮除湿干燥设备的干燥能耗、干燥物料品质等，实现与热泵干燥的对比。

3.2试验材料与仪器
试验用转轮除湿干燥设备为自制设备；自制热泵干燥机;香菇采自农贸市场，含水率80%左右；美国OHAUS奥豪斯MB27型快速水分测定仪;柯尼卡美能达CR-l°pXs型色差计；HH-4型恒温水浴锅(精度：±2C)；BSA224S型电子天平(精度:°--—g)；电表。

3.3成分测定
(7)水分
该湿基含水率通过快速水分测定仪进行测量。

(2)干基含水率
干基含水率与湿基含水率之间的换算关系为
W
M e
7-w
(2)式中M e---U寸刻干基含水率
(3)水分比
干燥过程中香菇水分比计算公式为
M r
M e-M
e
M o-M
e
(l)式中M e—
—干燥平衡时试样干基含水率，％
M；——试样初始干基含水率，％
因M e相对于M e和M；很小，可以忽略不计，则式(10)可以简化为
M
M r=”(1)
R M o
'。