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使用不同技术改善太阳能干燥系统
的热性能：综述
摘要：
太阳能干燥是保存农产品的最重要过程之一。这篇综述论文主要集中在提高太阳能干燥系统的效率上。了解不同的技术和因素对太阳能干燥机的性能的影响，有助于改进太阳能干燥机的效率。本篇描述了不同类型的太阳能干燥器。此外，还介绍了太阳能干燥系统（SDS）的各种性能分析。还讨论了提高太阳能干燥机效率的因素和技术。研究并讨论了操作条件，几何条件，反射器，热交换器，热泵，光伏源，空气循环模式和相变材料（PCM）的添加对太阳能干燥系统效率的影响。结果表明，气候条件（例如环境温度和太阳辐射）对太阳能干燥机的性能有重要影响。集成在太阳能干燥器中的烟囱增加了施加在气流上的浮力，以保持更大的气流速度，从而消除了内部空气中的水分。发现可通过提高干燥机内部空气的温度来有效缩短干燥时间。与自然对流或热泵相比，光伏面板提供电源来运行电气组件，例如风扇，以提供强制空气循环，从而从产品中去除更多的水分，以确保夜间的干燥过程。 PCM在日照时间存储热能，在日落后释放热能，这可以减少热量损失并提高干燥系统的热效率。
关键词：太阳能干燥机、热性能、干燥时间、太阳能效率
正文：
1引言
如今，世界上对干燥的农产品、水产品和药用植物的需求已大大增加[1]。可再生能源在满足其世界需求方面可以发挥重要作用。实际上，太阳能是最可靠和最环保的能源。它可以以不同的方式用作（太阳能-热能或太阳能-电能），用于农业部门的农作物抽水和干燥[2]。它是一种有效的替代能源，相对于其他能源而言更为可取，因为与化石燃料的较高价格相比，太阳能在本质上是自由、丰富且无污染的[3,4]，它是世界上永久的，与环境相容的能源。我们必须首先干燥用于存储的农产品和水产品，以保持最终产品的质量[5]。在农作物的生产加工过程中，在食品工程的一些应用中，强烈要求通过热加工进行收获后的处理。事实上，热处理是很好的处理方式，因为它们可以避免化学处理的副作用[6]。在空气，风和水等可再生能源的所有来源中，对环境影响最小的是太阳能[7]。
自从人类在地球上存在以来就看到了太阳能的应用。如今，人们的生活方式取决于能源的生产和利用，因此，现代社区对能源的需求和供应正在增加。目前，全球77％的能源是由化石燃料提供的，这些化石燃料会释放污染和温室气体，使臭氧层退化，并严重威胁环境[8]。农业生产通常超过了消费需求，导致在收获期浪费了过多的粮食，在收获后却稀缺了[9]。
本文介绍了以前有关提高太阳能干燥机效率的工作。因此，本研究旨在确定可以极大改善太阳能干燥系统热性能的不同技术和因素。综述了一些参数，例如运行条件，几何条件，反射器的添加，热交换器热泵，光伏源，空气循环模式和相变材料（PCM）对太阳能干燥系统效率的影响和讨论。
2太阳能干燥工艺
干燥是农业生产中重要的后处理过程之一[4-10]。从远古时代开始就被用于保护农产品 [11,12]。这被称为从产品去除水分的过程，可以分两步实施。第一步，将产品内部的水分带到表面，并在空气中以恒定速率蒸发为水蒸气干燥。第二步涉及较慢的干燥速度，此过程与待干燥产品的特性有关[8,13]。此外，干燥可以延长产品的保质期，并为运输提供轻量级产品，并降低存储容量[14]。露天干燥是最常用的方法，特别是在热带和亚热带地区。但是，露天干燥通常有许多缺点：由于啮齿动物，昆虫和鸟类造成的产品损坏；由于直接暴露于雨，日光，暴风雨和露水而导致的产品降解；由于空气污染而被颗粒和气体污染；并可能使产品破裂并降低发芽能力[12,15]。
控制干燥通常应用于工业干燥过程中。在这种过程中，暖空气一般是通过燃烧化石燃料来提供的，为此，人们在全世界范围内使用了大量的化石燃料。化石燃料的高成本以及其使用对环境的影响已严重限制了其消费。而且发展中国家的大多数农村地区都无法获得电网电力，在这样的地方，使用电动加热器，风扇和其他农作物干燥系统很不方便[16]。
3太阳能干燥应用
可以研究太阳能干燥在工业部门中的应用，例如砖，生物质，水泥，聚合物，纺织品，纸张和相关产品以及木材等不同材料，以及诸如多孔材料的干燥等不同过程，制药工艺和废水处理。在相同时间里，在废水处理中使用太阳能干燥器比传统干燥过程的持续时间和费用减少了[13]。从节能的角度来看，太阳能干燥机是非常有用的设备。他们规避了传统干燥的一些主要缺点[4]。太阳能干燥器是太阳能技术最有前途的应用之一。在太阳能干燥机中，太阳能被用作补充能源或所需热量的唯一来源，空气流动可以通过自然对流或强制对流产生。太阳能干燥机开发的技术方向是集成存储，紧凑的集热器和高效和长寿命的干燥系统的设计。因此，用于同时发电和供热的光伏系统的创新应用适合作为独立应用，并且完全依靠太阳能运行[15]。
4太阳能干燥器的分类
太阳能干燥器可以大致分为不同类型。基本上，四种类型的太阳能干燥机已经成功地用于园艺产品的干燥。它们分别是直接太阳能干燥机，间接太阳能干燥机，混合模式太阳能干燥机和混合太阳能干燥机[14]。实际上，这些干燥机的运行主要基于自然或强制空气循环模式的原理。
4.1直接太阳能干燥机
在直接太阳能干燥机中，产品直接暴露在阳光下，因此可以简单地进行脱水。在这种类型的太阳能干燥器中，提供了涂有黑色油漆的吸热板，该吸热板可以收集和吸收阳光并将其转化为热量。待干燥的产品直接放在吸收板上。该干燥机可能具有玻璃盖和通风口，以提高热效率[8]（图1）。
4.2间接太阳能干燥机
间接式太阳能干燥机由一个太阳能收集器和一个干燥室组成。在太阳能收集器中，涂有黑色油漆的吸热表面会加热周围的空气，而不是将产品直接暴露在阳光下。加热的空气随后通过放置在干燥室内的产品，吸收产品中的水分，然后通过烟囱排出[8]。间接太阳能干燥器的示意图如图2所示。
4.3混合模式太阳能干燥机
混合模式太阳能干燥器是间接和直接太阳能干燥器的组合。是在入射到待干燥产品上的阳光和在太阳能收集器中预热的空气的综合作用下起作用的，提供了干燥过程所需的热量[8]。混合模式太阳能干燥机的示意图如图3所示。
4.4混合太阳能干燥机
混合太阳能干燥机可以将多种能源与太阳能一起使用，以确保合适的干燥条件（图4）。此外，干燥过程不仅取决于太阳光强度。鼓风机可用于混合太阳能干燥器中的适当空气流通，该混合器可通过光伏系统运行。混合太阳能干燥系统可以有效地控制任何农产品的干燥，还有助于保持适当质量的产品[8]。
5干燥技术与方法
我们已经评估并解构了多种用于食物干燥的太阳能干燥器。它们有不同的尺寸设计和干燥能力。要评估太阳能干燥器，必须与其他太阳能干燥器一起测试其性能。获得的结果将所需的信息提供给制造商，用户和研究人员。
Vijaya Venkata Ramana [17]介绍了发达国家干燥技术的现状。介绍了不同类型的太阳能干燥机的开发和性能评估。对自然干燥和强制对流干燥机，直接和间接干燥机，一体式干燥机，温室干燥机，橱柜式干燥机，隧道式干燥机和混合模式干燥机等各种类型的干燥机进行了综述。
Pirasteh等[13]对太阳能干燥应用的发展进行了回顾。他们将太阳能干燥应用分为两大类，即工业和农业。结论是，太阳能使工业和农业部门能够改善其能源稳定性，修改其能源需求并提高能源可持续性，从而提高系统效率。
Mustayen等[2]提出了不同太阳能干燥器的性能研究。他们讨论了间接，直接和混合模式的主动和被动太阳能干燥机，这些干燥机在农业产品的干燥中显示出了潜力。自然对流太阳能干燥机比其他类型更具优势，更适用。强制对流干燥机用于小型企业，大型工业部门的资金支持有限。
Singh和Kumar [18]对自然和强制对流运行的各种太阳能干燥器设计进行了热测试。基于无负载的太阳能干燥机的热平衡概念的稳态数学模型可用于识别称为无负载性能指标（NLPI）的无因次参数。通过比较干燥器之间的差异，发现混合模式干燥器在自然对流和强制对流下均表现出最大的NLPI值。
Boroze等[19]提供了撒哈拉以南地区使用的太阳能干燥机的清单和比较特性。进行了热经济分析，以确定最成功采用了哪些干燥机。用于比较干燥机的标准是干燥时间，干燥机质量容量，处理后的产品流量和干燥机效率。先前的结果表明，在该领域中发现并事先进行了研究的大多数干燥机都是间接太阳能干燥机，但是由于其容量低和干燥时间过长而无法满足用户的需求。
Pangavhane和Sawhney[20]介绍了用于葡萄干燥的太阳能干燥机的研究和开发工作。人们发现，要提高农民对太阳能干燥机的接受度，有必要开发一种在经济上有利的大型太阳能干燥机。强制对流和热能存储系统对于继续干燥过程以及分别确保可靠性和更好的控制是必不可少的。
Mennouche等[3]提出并研究了一种使用实验室规模的直接太阳能干燥器的新的采后方法，以评估其性能。将大枣样品浸入蒸馏水中，然后通过太阳能干燥装置干燥。他们提出了三种提高日期质量的干燥增强方法，分别是：阴凉干燥，日光通风干燥（DSV）和组合干燥方法（DCM）。在研究案例所需的有利操作条件下，对DSV和DCM模式进行了分类。
Rahman等[21,22]使用数学模型研究了太阳能干燥过程的优化。使用的模型考虑了干燥过程中干燥产品的物理变化。遗传算法过程用于估计不同条件下的过程。从模型中获得的有关水分含量和厚度评估的结果显示出与实验数据的最佳拟合。
Chauhan等[8]回顾了研究软件在太阳能干燥系统中的应用的论文。他们得出结论，软件的应用对于改善太阳能干燥系统非常重要。通过ANSYS和FLUENT进行了流体动力学计算，可以帮助分析处理热学和动力学方面的现象。但是，强烈建议使用MATLAB和FORTRON来开发数学模型。
这些软件应用程序的不便之处在于无法处理干燥产品的化学方面，从而限制了其用途。
6提高太阳能干燥机效率的因素和技术
太阳能干燥系统的热性能取决于可能影响干燥过程的许多因素和技术。这些因素的确定和定义有助于提高太阳能干燥机的效率，例如保证夜间干燥过程的连续性并保持干燥产品的良好质量。下面，几项研究列出并提到了可以提高太阳能干燥系统效率的主要因素和技术。
Zarezade和Mostafaeipour[23]确定了可能影响太阳能干燥机使用的有效因素和风险。使用SPSS软件进行因子分析方法。分析结果表明，存在三种风险类型和六个主要因素会影响太阳能干燥机的建造，设计和实施过程。可以得出结论，与实施太阳能干燥机有关的六个因素是地理状况，性能，基础设施，财务支持，文化和政治以及社会。影响太阳能干燥机建设和实施的风险可以分为三大类：外部风险，建筑风险和财务风险。
将农作物干燥以用来长期保存，干燥是保存食物以使其全年可供消费者使用的重要过程。然而，许多因素影响干燥过程[24]。本文介绍了影响干燥效率的主要因素。
6.1工作条件
Xiao等[25]研究了干燥温度，风速和样品厚度对人参切片薄层空气冲击干燥特性和质量的影响。发现与其他干燥方法相比，薄层空气冲击干燥显着提高了干燥速率。干燥温度，空气速度和样品厚度影响干切片的复水速率和干燥时间。
Sarsavadia等[26]研究了空气流速（2.43、5.25和8.09 kg / min），空气温度（55、65和75°C）以及再循环空气分数（最高90％）对空气质量的影响。干燥的能量需求。发现在上述三种空气流速下，在65和75°C的空气温度下，确定了由于再循环空气的比例而节省的总能量。干燥洋葱片所需的总能量随着气流速率的增加而增加，而随着干燥空气温度的增加而降低。
Manaa等[27]研究了干旱地区番茄的日光干燥。用强制对流间接太阳能干燥器进行实验。所得结果表明，含水量和干燥速度受不同参数（空速，空气温度，预处理和产品厚度）的影响。干燥空气温度的升高和切片厚度的减小提高了干燥速度并减少了干燥时间。与温度的影响相比，风速的影响较小。
Shafiq和Eqwan[28]就其最佳配置，干燥能力以及在不同条件下的适用性进行了实验，研究了直接和间接太阳能生物质干燥器。结果表明，气流水平，吸收阳光的方式以及气候条件都会影响干燥速度。
Chauhan等[29]，Chauhan和Kumar[30]，以及Chauhan[31]研究了温室干燥机的热模型。发现热建模在温室干燥机的开发中具有重要作用。已发现在改善干燥参数方面非常有用，这导致干燥机性能的提高。
6.2几何因素
在不同国家/地区已建造，测试和开发了几种带有空气收集器的太阳能干燥器，产生了不同程度的技术性能。这些设计以不同的几何形状构造，以延长干燥时间和干燥产品的质量。
Nair和Bongirwar[32]开发并制造了一种可折叠的太阳能葡萄干燥机。干燥机的侧壁由铝板制成，并从外部涂成黑色。该干燥机一次可干燥约100公斤葡萄。发现干燥空气温度是中午环境温度的两倍。该干燥机的主要缺点是外部风速的增加可能会降低内部温度，因为加热发生在干燥机的外表面（图5）。
El-Sebaii等[33]研究了一种带有烟囱的间接自然循环太阳能干燥机，通常被称为间接被动太阳能干燥机（图6）。它由一个太阳能收集器，一个干燥室和一个烟囱组成。面积为1.0 m2的太阳能集热器使用厚度为0.002 m的黑色烤漆板作为吸收体。大小为1.0 mtimes;1.0 mtimes;1.5 m的干燥室由木材制成，并用高度为0.5 m，直径为0.1 m的磨砂黑色喷漆镀锌铁制圆柱形烟囱固定。已经发现，烟囱增加了施加在气流上的浮力以提供更大的空气流速，这形成了除湿的一侧。
Pangavhane等[34]提出了一种新型的多用途自然对流太阳能干燥器。该太阳能干燥器由一个太阳能平板式空气加热器，挠性连接器，带增压室的减速器，干燥室和烟囱组成，如图7所示。U形波纹与
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