当前世界环境

介绍

自20世纪以来，各国一直在继续利用太阳能。在当今时代，有各种各样的技术，在家庭和商业部门的各个方面利用太阳能。烹饪、水加热、海水淡化、发电、建筑物供暖和制冷，甚至照明，现在都可以在全球不同的家庭和商业部门使用太阳能。¹¹这种能量从太阳向四面八方辐射，其中很小一部分到达地球。

Majid Ezzatiet al。据报道，通过使用太阳能我们可以节省大量的各种燃料和资金。除此之外，太阳能是一种清洁燃料，由于燃烧自由，它是无污染的燃料。我们不仅节省了金钱和燃料，而且可以通过使用它来保持身体健康，远离燃烧生物质产生的各种有害疾病。⁷

烹饪是家庭部门能源密集程度最高的活动，对能源的需求不断增加，不受控制的森林砍伐，燃料木材收集的苦差事以及人口的指数增长加剧了烹饪能源问题。在这种严峻的形势下，太阳能为家庭能源问题提供了切实可行的解决方案。

在田间庭院和道路上直接晒干农产品的传统做法，由于晒干不当和不完全，存在天气损坏、田间损失和储存运输损失的风险。与太阳干燥相比，太阳能干燥机可以产生更高的空气温度和更低的相对湿度，它们都有助于提高干燥速度和降低农产品的最终水分含量。

烹饪食物需要大量的能源，如燃料、木材、牛粪、农作物废料等，会影响环境。由于复种制和作物种植强度的增加，作物的干燥在小范围内也很重要，农村妇女和城市地区的家庭主妇需要烹饪食物和干燥食物原料。

本研究的目的是研制一种太阳能烘干机兼炊具，使用当地可得的材料，操作简单。

太阳的亮度是3.7 x 10²⁶地球只截取1.8 × 10瓦特的能量¹⁷瓦。这意味着太阳在三分钟内发出的能量相当于世界一年的能源消耗。太阳辐射能量的99%包含在0.15 ~ 4微米的波长键中，包括太阳光谱的近紫外、可见和近红外区域。太阳常数的值为1.36千瓦/米²或者说1.95卡/厘米²/分钟。⁹

地球截获的太阳能量大约是1.8 × 10¹¹兆瓦，这比目前所有商业能源的消耗率大几千倍。在像印度这样的热带国家，一年中有300多天阳光灿烂，每平方公里的太阳辐射高达650卡路里。每天厘米，太阳能的利用可以非常有效。

古吉拉特邦农村工程部对市卖盒式Jyoti太阳能炊具的性能进行了研究，并对其进行了锅内温度的评估，并测量了三种绝缘材料即玻璃纤维、锯末和稻壳灰混合的Aak棉花的锅内温度。对其进行了改进，提高了吸收面的有效性，使炉具具有良好的气密性。记录了稻壳灰混合Aak牙线保温时的最高炉温。¹⁰

巴多利Suruchi校区农具研究中心的盒式太阳能炊具。它由一个双层盒子和双层玻璃罩组成。炊具内部的温度在冬天上升到90°C，在夏天上升到105°C。²

在焦特布尔中央干旱区研究所对五种类型的太阳能炊具及其比较性能进行了测试。这些是传统的箱式太阳能炊具，传统的太阳能烤箱太阳能炊具，半煮(NPL)型和阶梯反射型。第一种炊具的温度夏季达到178°C，冬季达到148°C。⁵

旁遮普邦农业大学机械工程系设计并开发了一种太阳能烘箱，提供理论上的太阳能集中。烘烤和烹饪各种食物测试了太阳能烤箱。红豆煮了2个小时，米饭煮了35分钟。¹

测试了一个倾斜的干燥机来计算全年的最大辐射。他们报告说，与简单的柜式干燥机相比，在这种干燥机中冷却的干燥时间减少了40%。辣椒水分含量在5 ~ 6天内可由82%降至7.2%，最高温度29.3℃。该干燥机的太阳能利用率约为13%。⁸

巴哈国际社区研究所使用太阳能盒式炊具做饭，后来又使用了两个具有储热能力的舍弗勒式反射器。许多妇女被吸引了，因此下一阶段，研究所开始在村庄里放置家庭大小的抛物线。^3.

基本设计包括一个矩形容器，最好是绝缘的，并覆盖有屋顶或透明塑料。机柜底部、顶部和后面板均有孔位。橱柜的内部被涂黑以充当太阳能吸收器。在机柜内部放置有孔的干燥盘。⁴

太阳能烘干机按以下标准分类。

1. 干燥产品是否暴露于隔离中
2. 气流通过干燥机的方式
3. 干燥气流进入干燥室的温度

控制太阳能集热器类型选择的主要因素是所需的温度升高。关于这种选择的一些一般指导原则如下:

1. 对于温度上升到大约10°C的裸板太阳能集热器是最合适的，因为它简单。建议裸板集热器使用比带盖板集热器更高的风速
2. 对于高达约35°C的较大温升，单盖板集热器总体上比双盖板或三盖板集热器更有效。
3. Kumar等人设计了一种截形金字塔型太阳灶。它的设计是多用途的，因为设计射线击中锅内(壁)的几何形状被高强度地向下反射，在吸收塔盘(底部)保持较高的温度。通过增加炊具的深度，该装置可作为家用或家庭用途的烘干机。⁶

炊具是单层玻璃，有一块2毫米厚的浮法玻璃，整个系统是MSES。内吸收塔盘特别设计了良好的显热储存，并在开口盖上放置了1.5 mm厚的橡胶垫圈，以防止泄漏。除此之外，一个高强度的平面反射器，184 × 75平方厘米的波纹漆铝被用来提高系统组合组件的效率。该系统朝向南方¹²

吸收器的性能

太阳能集热器中吸收体的理想性能是入射辐射吸收率高、发射率低、导热性好、遇到的温度稳定、坚固耐用、成本低、单位面积重量轻。

在哪里

Q =试验点纬度，Q = 21.75°N

β =集热器正极应朝南。

负β值=集热器应朝北。

β = (21.75 - (-2.41)) = 24.16⁰

由于b的值为+ 21.75°，集热器应朝南，角度为21.75°⁰

材料与方法

太阳能炊具和烘干机是在哈尔冈农业过程工程系设计和制造的。

太阳能集热器的设计

太阳能集热器的设计假设如下:

1.烘干机位于北纬21.05°。

2.3月份水平面平均隔离度为580 w/m。²

收集器斜率(β)

为了计算集热器的最佳坡度，取3月16日为干季中点。

倾角(Ñ”)

δ= 23.45罪(0.9863 (284 + n ))....................................... ( 1)

3月16日，n = 75

δ= 23.45罪(0.9863 (284 + 75 ) ....................................... ( 2)

δ = -2.41

收集器(b)的斜率由下式计算:

β= (N -δ ) ...........................................（3）

w =时角，是太阳在东方或西方的角位移。正午气温为零，每小时变化15度。早晨是消极的，下午是积极的。

本计算采用W = 0。

水平面上的辐射强度θ_h计算如下:

由于斜率为零，式(3.3)简化为

cost θh = Sinδ Sin Ñ”+ cost δ。因为N „ ............................................. ( 4)

=罪(-2.41)。Sin(21.75) + Cos(-2.41)Cos(21.75) = 0.912

再次使用式(3.3)计算集热器表面入射角

Cosθ=罪(-2.41)(21.75)的罪Cos (24.16) Sin (-2.41) Cos(21.75)(24.16)罪Cos0 + Cos(-2.41)因为(21.75)Cos (24.16) Cos0 + Cos(2.4)罪(2175)(24.16)的罪Cos(0)因为(0)

= 0.8484 + 0.1515

cost θ = 1.00

集热器表面I的绝缘强度_c

Ic = Ih (Cos Ñ " /Cosθh).................(5)

式中，Ih =水平面上日照强度，W/m²

Ic = 580(1.00/0.912)

Ic = 635.96 W/m2

集电极表面绝缘强度(Ic)

表面上的瞬时绝缘近似与入射角(θ)的余弦成正比。

中午朝南屋顶上的入射角使用下列公式计算落在表面上的隔热材料的入射角(Brenderfor等，1985)

cost δ = Sinδ。SinQ。Cosβ - Sind。CosQ。罪β。Cosr + Cosδ。cosQ。因为δ。Cosw + Cosδ. SinQ. Sinβ. Cosw + Cosδ. Sinβ. Cosw + Cosd. Sinβ. Sinr. Sinw.

在哪里

δ =入射角-2.41

Q =试验场纬度21.45°N

β =收集器斜率24.16°

R =表面方位角，因为这可以被认为是它相对于南北轴的方向。角度从- π + π 0是由于南方，东方是负的，西方是正的。

本计算采用r = 0的值。

采集器面积(Ac)

收集区设计用于干燥一批0.5kg新鲜薯片。马铃薯初始含水量为77.5% (wb)。薯片干燥到6.5%。利用热平衡方程计算了马铃薯DRR所需的热量。程序描述如下:

马铃薯中的水分= 0.5 x 0.755 = 0.3875 kg

干物质重量= 0.5-0.3875 = 0.1125 kg

最终产品重量= 0.1125(100/93.05)= 0.12kg

排水量= 0.5 ~ 0.12 = 0.38 kg

蒸发0.38公斤的水分需要热量。

假设:

1. 马铃薯比热= 0.42 × 4.186 = 1.758 KJ/Kg
2. 水的蒸发潜热= 2280 KJ/Kg
3. 干燥温度= 60⁰C

热平衡=显热+潜热

= 0.5 × 1.758 × 35 + 0.38 × 2280

= 897.165 kj

因此，将0.5 kg新鲜马铃薯从77.5%干燥到6.5%所需的热能(wb)为897.165 KJ

可用热能= 625w /m^{2 /}人力资源

假设:

1. 5公斤新鲜马铃薯需要7小时干燥到6.5%的水分含量。
2. 收集效率(nC)包括总损耗的12%

集热器面积=所需热量/可用热量xnc

= 897.165 / 15750 x 0.12

= 0.475 m²

为安全设计，有效集热面积为0.49 m²被认为是

干燥室

干燥室尺寸固定为750mm X 600mm X 450mm，干燥室内设置650mm X 370mm的穿孔丝网托盘。干燥盘内设750mm × 450mm × 150mm的充气室，用于空气循环。干燥室的尺寸设计要考虑薄层干燥。

空气循环系统

两根25mm尺寸的管子从太阳灶或太阳能集热器延伸到干燥室底部。这些管道将成为烘干机的热空气入口。它们将配备25mm尺寸的阀门来控制空气流量。在带盖子的炊具两侧设有三个进气口。

图1:太阳能炊具和烘干机的设计。 点击此处查看图

炊具的制作

该炊具将由木材、硬板、绝缘材料、gi板等制成。

框架

750毫米× 600毫米的木框将使用50毫米× 50毫米的木条制作。在制造框架时，收集器的角度将通过向木条提供21.75°的坡度来调整。

太阳能炊具

将外部的硬板(5mm厚)和内部的gi板(24SWG)装配成一个炊具盒。Coir垫(30mm厚)将被安装在硬纸板和gi板之间作为绝缘材料，以防止热量损失。使用具有3mm厚度的普通玻璃覆盖盒子的倾斜部分。床单被涂成黑色，使用黑色垫漆，在炊具盒中提供了足够的空间来放置炊具。可放置4个铝制炊具。每件器物直径200mm，高度62.5mm。箱体上设有放置器具的门。灶具盒上开三个孔，进风盖上，从灶具盒背面延伸两根25mm的PVC管作为热风出口至干燥室。

干燥室的制作

干燥室将使用尺寸为750mm x 600mm x 450mm的G.I.板材(24SWG)制作。用木架支撑干燥室。这个房间也将从外面漆成黑色，以接收太阳能绝缘。要提供一个尺寸为650mm x 370mm的托盘来支撑待干燥物料。必须建造一个尺寸为750mm x 450mm x 150mm的充气室，并连接到太阳能集热器。来自太阳能炊具和集热器的热空气进入静压室，静压室又通过物料进入干燥室。从太阳能集热器伸出的两根管道上装有控制气流速率的阀门。如图1所示，两个管道出口用于排风。

研究参数

温度

温度测量将使用汞玻璃温度计(0-110°c)。测量环境空气的干球温度和湿球温度。要测量灶具内和干燥室内的空气温度。

太阳能强度

太阳强度将使用名为“Suryamapi”的太阳强度计进行测量(made - Central Electronics Ltd.， SM-203 Range- 0-120 mW/cm2)。在烹调和干燥实验中，每隔一段时间测量一次太阳强度。

干燥效率(nd)

它是蒸发水分所需的能量与提供给烘干机的能量之比。干燥效率的计算公式如下(Brenidorfer et. Al) 1985

在那里,

w = t时刻蒸发的水分质量(kg)。

DH1 =蒸发潜热(KJ/Kg)

Ic =集热器表面隔离，(KW/m2)

Ac =集热器面积，m2

热利用系数(HUF):定义为干燥过程中由于冷却空气导致的温度下降与由于空气加热导致的温度升高的比率(Brenidorfer et. al . 1985)。

HUF的计算公式为

HUF = (t1 -t2)/(t1-t0)

在那里;

to=周围空气的干球温度

t1 =干燥空气的干燥温度

t2 =排风干球温度

性能系数:计算公式为:

COP = (t)₂- t₀) / (t₁- t₀）

在那里,

t₀t₁，和t₂与上面提到的意思相同。

Huf + cop = 1

大气参数的测量

干球温度

干球温度从10点开始逐渐升高，13小时后开始下降(图2)。

表1:白天干球温度变化

老不。	一天的时间	环境空气DBT0C t0
1	10.00	32
2	11.00	32
3.	12.00	32
4	1.00	33
5	2.00	33
6	3.00	33
7	4.00	32
8	5.00	32

图2:白天干球温度的变化 点击此处查看图

相对湿度

相对湿度的日变化如图4.2所示。10点时相对湿度较高(55%)，13小时时相对湿度下降(约42%)。此后，它开始增加。(图3)

表2:白天相对湿度变化

老不。	阳光小时	相对湿度%
1	10	55
2	11	53
3.	12	47
4	13	45
5	14	43
6	15	43
7	16	43

图3:白天的相对湿度变化 点击此处查看图

太阳能强度

试验期间太阳强度变化如图4所示。太阳强度随白天时间增加，在13 h达到峰值。观测到的最大强度为98 mW/cm²在13小时，最小为84兆瓦/厘米²15小时。

表3:白天太阳强度变化

老不。	阳光小时	太阳能强度
1	10	75
2	11	80
3.	12	90
4	13	96
5	14	90
6	15	80
7	16	75

图4:太阳强度变化在亚都€喜爱一个€喜爱一个€喜爱一个€喜爱一个€喜爱一个€喜爱一个€喜爱 点击此处查看图

太阳能炊具及烘干机的性能特点: / / / / / / / /

计算了太阳能炊具干燥器的热利用系数、性能系数和干燥效率等性能特征，并对其进行了讨论。

热利用系数(HUF)

对干燥机的热利用系数进行了计算，如表4所示。从表中可以看出，在开始干燥操作时，热利用系数较高。热利用系数最大值为0.57，最小值为0.10。同样，也计算了COP，并给出了表4。最大COP为0.80，最小COP为0.43。COP在干燥开始时最小，在干燥结束阶段最大。热利用系数与性能系数之和为1。

干燥效率

利用节中给出的公式计算了太阳能炊具干燥器的干燥效率。据观察，干燥机的效率在开始时是高的，为11.4%，在完成干燥的时候最低，为0.7%。

表4:烘干机平均干燥日的HUF和COP。 点击这里查看表格

结论

设计和制造了一种用于食品原料蒸煮和干燥的太阳能炊具兼烘干机。太阳能灶具用作太阳能烘干操作。一个0.49米大小的太阳能收集器²设有独立的干燥室。进气孔和出气孔用于排风。两根带阀门的PVC管道用于将热空气输送到干燥室。当作为炊具工作时，孔和阀门是关闭的，在干燥操作时，它们是打开的。根据调查结果，得出了以下结论。集热器表面的太阳强度比水平面高8% ~ 10%。烘干机的平均热利用系数和性能系数分别为0.2和0.8。太阳灶可以有效地用作烘干机。

参考文献
一个€喜爱一个€喜爱一个€喜爱一个€喜爱一个€喜爱一个€喜爱一个€喜爱

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