锦纶聚合热泵系统的干燥模型研究及系统仿真

论文摘要

热泵是一类将低品位的能量提升为高品位的能量得以实现能量回收利用的系统。它在化工干燥系统中被广泛运用。热泵干燥系统能够将从干燥塔排出的乏气进行再加热,从而实现能量回收。本文主要的研究对象为某化工厂锦纶聚合热泵系统,根据该系统的实际运行状况,对该系统的干燥模型进行理论模型研究及计算机系统仿真。针对此锦纶聚合热泵系统中干燥塔的物理模型,在基本传热传质理论的基础上,建立了连续干燥塔内物料及干燥气的温度、湿度代数模型;利用带参数的牛顿下降法对该代数模型进行求解。根据现在运行数据,获得适合于本干燥塔的传热、传质系数模型。在干燥塔代数模型的基础上,本文又对干燥塔建立了微分模型。为建模及后续求解的方便,本文引入了五个基本假设,将三维非定常问题转化为一维定常问题。推导获得的微分模型为四阶常微分方程组,用经典四阶龙格库塔法对其进行数值求解。分析求解结果可知,本文推导的干燥塔内部微分模型基本符合物理事实。从微分方程的求解结果发现,干燥物料及干燥气流的温度随干燥塔高度几乎成线性分布。由此本文试图用线性关系去改进原微分方程组中有关于干燥物料及干燥气流温度分布的模型,并获得了改进以后的干燥塔微分模型,该模型在求解难度上较原模型大大降低,且与原模型的误差在9%以内,对于此类工程问题是一个可接受的误差范围。本热泵干燥系统中所用到的多级离心鼓风机均由本课题组自行研制设计。本文对主要的五级离心鼓风机分别进行了性能试验。由试验结果可知,本系统的五级离心鼓风机的设计压比为1.6。通过本部分的性能试验,利用最小二乘法对试验点进行拟合,由此获得多级离心鼓风机性能曲线及曲线方程。该曲线方程将为后续热泵干燥系统的仿真计算提供风机模块的数学模型基础。此外,本文还基于C++和C#编程语言自主研发了系统仿真软件《热泵干燥系统仿真及优化软件V1.0》。该软件用C++语言为各设备模型编制了各模块的动态链接库（dll文件）,然后用C#编制了软件的人机交互界面,实现系统仿真的可视化。本系统可实现不同工况条件下的系统运行参数仿真。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 干燥技术概述
• 1.2.1 干燥原理
• 1.2.2 干燥技术的发展历史及现状
• 1.3 热泵干燥系统概述
• 1.3.1 热泵干燥系统工作原理
• 1.3.2 热泵干燥系统的分类
• 1.4 干燥系统仿真及优化
• 1.4.1 软件设计原则
• 1.4.2 常用干燥系统仿真软件
• 1.4.3 干燥系统的优化
• 1.5 本文主要内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 干燥塔内部的干燥过程模型研究
• 2.1 引言
• 2.2 湿氮气的基本性质
• 2.2.1 湿氮气的绝对湿度
• 2.2.2 湿氮气的湿比容和密度
• 2.2.3 湿比热容的定义
• 2.2.4 湿氮气的焓
• 2.3 塔内干燥过程总体热质平衡
• 2.3.1 质量守恒方程
• 2.3.2 能量守恒方程
• 2.3.3 传质动力学方程
• 2.3.4 传热动力学方程
• 2.3.5 传热系数与传质系数模型
• 2.3.6 模型求解算法
• 2.3.7 模型实例应用一
• 2.4 塔内干燥过程微分模型
• 2.4.1 模型假设
• 2.4.2 塔内压降近似计算
• 2.4.3 物料平衡方程
• 2.4.4 能量平衡方程
• 2.4.5 质量传递动力学方程
• 2.4.6 能量传递动力学方程
• 2.4.7 微分模型求解算法
• 2.4.8 模型实例应用二
• 2.4.9 微分模型改进
• 2.5 本章小结
• 第三章 多级离心风机的设计与试验
• 3.1 引言
• 3.2 离心风机的设计
• 3.2.1 空气动力设计
• 3.2.2 结构设计和强度计算
• 3.3 多级离心风机的试验分析
• 3.3.1 试验设备和试验条件
• 3.3.2 风机无量纲参数
• 3.3.3 试验结果分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 热泵干燥系统仿真及软件开发
• 4.1 引言
• 4.2 热泵干燥系统组成
• 4.2.1 干燥塔模型
• 4.2.2 除尘器模型
• 4.2.3 冷凝器模型
• 4.2.4 离心风机模型
• 4.2.5 调节加热器及换热器模型
• 4.2.6 管路损失模型
• 4.3 热泵干燥系统软件开发
• 4.3.1 软件开发平台简介
• 4.3.2 软件总体设计构架
• 4.4 热泵干燥系统软件介绍
• 4.4.1 软件主界面介绍
• 4.4.2 软件功能块介绍
• 4.5 本章小结
• 第五章 全文总结及展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 课题展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用论文
• 附件