液化天然氣（LNG）公交車冷量回收汽車空調系統(tǒng)的研究

【摘要】：近年來,液化天然氣汽車(LNGV)在城市公交車行業(yè)迅猛發(fā)展,與之對應的LNG汽車冷能回收汽車空調被LNG汽車行業(yè)的用戶普遍看好,對相關研究的期待可謂日益高漲。本文設計了一套針對城市公交車駕駛室的LNG冷能回收汽車空調系統(tǒng)。并首次以LNG為實驗介質,通過計算機仿真和實驗臺模擬試驗檢驗了該系統(tǒng)的可行性。最后進行了LNG汽車冷回收空調系統(tǒng)的汽車改裝。 本文首先以濟南公交8米在用城市公交車為對象,對汽車駕駛室進行了空調夏季熱負荷計算。然后對改裝后的LNG公交車,針對LNG公交車的使用特點,從熱力學的角度對LNG汽車的冷量火用、總火用及其特性進行了論證分析。以火用分析為基礎,對LNG公交車可回收冷量進行了計算。計算結果表明,如果按目前50%的LNG冷量回收率計算,實驗用公交車可回收的冷量約2.3 kW,完全可以滿足現(xiàn)有公交車駕駛室夏季的空調熱負荷需要。然后,在前人的理論研究基礎上設計了一套LNG公交車冷量回收局部供冷汽車空調系統(tǒng)。整個冷回收空調系統(tǒng)包括冷回收換熱器、循環(huán)系統(tǒng)、空調末端系統(tǒng)及蓄冷系統(tǒng)四個部分,同時在蓄冷系統(tǒng)的實現(xiàn)方式上提出了創(chuàng)新方案。最后,對冷回收汽車空調的工作介質進行了選擇,最終決定采用乙二醇水溶液為冷回收系統(tǒng)的冷媒。 本文還根據所設計的LNG冷回收汽車空調系統(tǒng),對其中的關鍵設備—冷回收換熱器進行了設計計算和模擬仿真。冷回收換熱器設計為同軸套管式換熱器,通過設計計算確定了換熱器所需的換熱面積。對于LNG與空調冷媒之間的大溫差換熱問題,通過將螺旋管式套管換熱器簡化為水平套管換熱器,用CFD軟件FIRE進行了3維建模和數值模擬,考察了在給定的設計條件下,不同時刻冷回收換熱器內的乙二醇水溶液的溫度分布。模擬結果顯示,穩(wěn)定工況時乙二醇水溶液在LNG管外的結冰厚度約1mm,冰填充率不到10%,所以理論上不會造成冷回收換熱器內部的完全凍結。同時,對其他的設備如空調末端、水泵、空調管徑、循環(huán)水箱和保溫材料等進行了選型計算。 本研究還根據前面進行的設計和計算,進行了冷回收汽車空調模擬實驗臺的搭建。首次以LNG為介質,模擬了LNG汽車冷量回收汽車空調系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)供氣狀態(tài)下的運行情況。模擬實驗主要采集了換熱器的進出口溫度、空調冷媒的體積流量和氣化后的天然氣出口壓力等參數。試驗數據證明,在30℃的外部環(huán)境溫度下,冷回收換熱器空調冷媒的出口溫度基本穩(wěn)定在15℃,空調冷媒出口溫度基本穩(wěn)定在21℃；空氣換熱器的空調冷媒進口溫度基本穩(wěn)定在16℃,空調冷媒的出口溫度基本穩(wěn)定在21℃。設計的冷回收空調系統(tǒng)運行良好,制冷迅速。最后還在濟南公交公司,對實驗樣車進行了LNG冷回收系統(tǒng)的汽車改裝?？梢哉J為本文設計的系統(tǒng)完全適用于液化天氣汽車,可以回收LNG氣化的冷能用于汽車空調制冷,實現(xiàn)LNG公交車能量的充分合理利用,且改裝及使用成本較低,具有較好的社會推廣價值。 【關鍵詞】：液化天然氣 冷量回收 汽車空調
【學位授予單位】：山東建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：U463.851
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 引言11
• 1.2 國內外LNG汽車的發(fā)展現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 LNG作為汽車燃料的特性11-13
• 1.2.2 國內外LNG汽車的發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.3 LNG冷能回收技術14-15
• 1.3.1 LNG冷能回收利用概述14
• 1.3.2 LNG冷能回收空調技術14-15
• 1.4 本文的研究內容15-17
• 1.4.1 課題的來源15
• 1.4.2 本論文的構成概要15-17
• 第2章 LNG公交車冷能回收汽車空調系統(tǒng)設計17-33
• 2.1 設計概況17-18
• 2.1.1 設計對象17
• 2.1.2 城市公交車空調負荷的特點17-18
• 2.2 城市公交車空調熱負荷的設計計算18-20
• 2.3 LNG城市公交車可回收冷量的熱力學分析20-24
• 2.3.1 LNG公交車冷量回收用于汽車空調的火用分析20-24
• 2.3.2 LNG公交車冷回收空調冷量火用的影響因素24
• 2.4 LNG城市公交車可回收冷量用于汽車空調的可行性分析24-25
• 2.4.1 LNG城市公交車可回收冷量24-25
• 2.4.2 LNG公交車冷回收汽車空調系統(tǒng)的可行性分析25
• 2.5 LNG冷量回收用于公交車空調的方案設計25-33
• 2.5.1 城市公交車對汽車空調的設計要求25-26
• 2.5.2 冷量回收系統(tǒng)的組成26-31
• 2.5.3 冷媒的選擇31-33
• 2.5.3.1 冷媒的要求31
• 2.5.3.2 乙二醇水溶液的物理及工作性質31-32
• 2.5.3.3 冷媒的選擇32-33
• 第3章 空調系統(tǒng)關鍵設備的理論計算33-53
• 3.1 實驗裝置中關鍵設備的選型和計算33-40
• 3.1.1 冷回收裝置33-38
• 3.1.2 循環(huán)水泵、循環(huán)水箱和水管管徑38-39
• 3.1.3 空調管徑的設計計算39
• 3.1.4 空氣換熱器的選型39-40
• 3.1.5 保溫材料40
• 3.2 冷回收裝置的數值模擬40-51
• 3.2.1 CFD概述40-41
• 3.2.2 FIRE的流動控制基本方程和求解過程41-42
• 3.2.3 湍流模型42-43
• 3.2.4 換熱器模型43-44
• 3.2.5 利用FIRE軟件自動生成體網格44-47
• 3.2.6 編寫ssf文件47-51
• 3.3 換熱過程的模擬計算結果及分析51-53
• 第4章 LNG公交車冷回收汽車空調系統(tǒng)的實驗臺搭建與數據采集53-66
• 4.1 實驗流程設計53-57
• 4.2 實驗測試系統(tǒng)57-60
• 4.2.1 溫度的測量和數據采集57-58
• 4.2.2 流量的測量58-59
• 4.2.3 玻璃轉子流量計的修正59-60
• 4.2.4 壓力的測量60
• 4.3 實驗的過程60-61
• 4.4 實驗結果分析61-64
• 4.5 裝車試驗的搭建與實驗64-65
• 4.6 本章小結65-66
• 第5章 結論與展望66-68
• 5.1 結論66
• 5.2 展望66-68
• 參考文獻68-71
• 后記71-72
• 攻讀碩士學位期間論文發(fā)表及科研情況72-73
• 附錄73-75

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