[论文解读] Numerical investigation of a solar greenhouse tunnel drier for drying of copra

S. Sadodin, T. T. Kashani|arXiv (Cornell University)|Feb 19, 2011

Greenhouse Technology and Climate Control参考文献 14被引用 4

一句话总结

本研究提出了一种太阳能温室隧道干​​燥机（SGTD）的数值模型，其顶部为半圆形、经紫外线稳定处理的聚乙烯薄膜，可在满载条件下于55小时内将椰子干的水分含量从52.2%降至8%。通过有限差分法（FDM）求解描述热量和湿气传递的非线性偏微分方程组，模型与实验数据吻合良好，可实现不同屋顶材料的优化设计。

ABSTRACT

A numerical investigation of a solar greenhouse tunnel drier (SGTD) has been performed. In the present study, the geometry of the tunnel roof is assumed semi-circular which is covered with a UV (200μ) stabilized polyethylene film. The simulated SGTD reduces moisture of copra from 52.2% to 8% in 55 h under full load conditions. A system of partial differential equations describing heat and moisture transfer during drying copra in the solar greenhouse dryer was developed and this system of non-linear partial differential equations was solved numerically using the finite difference method (FDM). The numerical solution was programmed in Compaq Visual FORTRAN version 6.5. The simulated results reasonably agreed with the experimental data for solar drying copra. This model can be used to provide the design data and is also essential for optimal design of the dryer. For instance the user is able to change the radiation properties of the roof cover for different materials of roof cover.

研究动机与目标

• 开发一种数值模型，用于预测太阳能温室隧道干​​燥机（SGTD）在椰子干脱水过程中的性能。
• 利用偏微分方程组分析干燥过程中热量与湿气传递的动力学行为。
• 通过与实验数据对比，验证数值模型的准确性与可靠性。
• 通过模拟不同屋顶覆盖材料的性能，实现设计优化。
• 提供一种预测工具，用于最优设计与性能评估的太阳能隧道干​​燥机。

提出的方法

• 建立了一组非线性偏微分方程，用于描述椰子干及SGTD系统中瞬态热量与湿气传递行为。
• 采用有限差分法（FDM）对空间与时间进行离散化，数值求解该方程组。
• 使用Compaq Visual FORTRAN版本6.5进行计算执行，实现数值解的编程实现。
• 屋顶几何形状建模为半圆形，并覆盖紫外线稳定聚乙烯薄膜，以模拟太阳辐射的透射。
• 模型整合了椰子干以及干​​燥机结构部件的热学与湿气传递特性。
• 通过调整模拟中的辐射透射参数，实现了对屋顶材料特性的敏感性分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 数值模型在多大程度上能准确预测椰子干在太阳能温室隧道干​​燥机中的干燥行为？
• RQ2 屋顶覆盖材料的特性对SGTD干燥性能有何影响？
• RQ3 在干燥过程中，热量与湿气传递机制在SGTD内部如何相互作用？
• RQ4 模拟得到的干燥时间与水分降低程度在多大程度上与实验结果一致？
• RQ5 该模型是否可用于预测提高干燥效率的最优设计配置？

主要发现

• SGTD在满载条件下成功在55小时内将椰子干水分含量从52.2%降至8%。
• 数值模型与实验数据表现出合理的吻合度，验证了其预测能力。
• 有限差分法有效求解了控制热量与湿气传递的复杂非线性偏微分方程组。
• 通过调整材料的太阳辐射透射特性，该模型可实现对不同屋顶覆盖材料的模拟。
• 该系统适用于设计优化，尤其适用于选择节能且耐久的屋顶材料。
• 该模拟框架为未来太阳能隧道干​​燥机的开发与规模化应用提供了可靠基础。