蓄冷型LNG重卡冷能利用空调系统动态特性研究

发布时间：2020-08-04 05:46

【摘要】：当今世界能源和环境问题日益突出,节能降耗,低碳经济已经成为时代发展的主题,是共建美丽中国和实现“中国梦”的关键一环。天然气被认为清洁能源,可有效缓解和改善目前世界各国所面临的能源和环境方面的难题。LNG(Liquefied Natural Gas)是天然气的液态存在形式,其运输的灵活性得到很大提高,因此应用领域、范围和形式都得到了进一步扩大,LNG在交通运输领域的应用已经成为了行业的一大亮点,其中LNG重卡发展最为迅速。虽然LNG便于储存和运输,但是工作的时候却是气态,过程释放的冷量830-860kJ/kg,回收这部分冷量供重卡空调系统用,意义重大。LNG重卡冷能利用空调系统回收LNG气化时释放的大量冷量来为驾驶室供冷,但是LNG气化释放的冷量和重卡空调系统冷负荷之间存在时间、空间和强度上的不一致性,且目前常见的LNG重卡空调系统并不能保证空调系统运行的稳定性,一定程度上限制了其发展。因此本课题将蓄冷技术和LNG重卡空调系统结合,研发了具有蓄冷功能的LNG重卡冷能利用空调系统,不仅有效地回收了LNG冷能,替代了传统汽车电压缩空调系统,还进一步保证了空调系统行程中的稳定性,具有重要的现实意义。本课题基于LNG重卡设计研发了具有蓄冷功能的LNG重卡冷能利用空调系统。主要工作:通过简约计算法和估算法得出空调区热负荷,结合软件EES计算出LNG理论释放冷量,进而确定系统可行性;采用模拟软件Aspen plus对系统进行了模拟分析,并用Fluent对LNG和载冷剂的换热进行了模拟。模拟结果显示,上坡时空调系统制冷量为7.160kW,蓄冷量为0.712kW;平稳段时空调系统制冷量为5.960kW,蓄冷量为0.570kW;下坡时空调系统制冷量为3.184kW,没有蓄冷量。上坡段和水平段的蓄冷速率整体折算为0.955kW,大于下坡段的制冷量差额,此空调系统满足重卡全工况下的制冷需求。同时本课题对LNG重卡在海南对陕汽德龙重卡F3000进行了跟车实况动态实验,结果显示上坡段空调系统制冷量为6.150kW,蓄冷量为0.551kW;水平段的空调制冷量为4.201kW,蓄冷量为0.420kW,下坡段的制冷量为2.902 kW,不蓄冷,而上坡段和水平段的蓄冷量相对下坡段的可提供的冷量的补偿为0.809kW,可以满足重卡的全路况舒适性需求。同时对换热器换热效果进行了Fluent模拟,结果显示温度场分布较为合理,换热效果良好,并提出了改进的措施。本课题通过模型建立、理论分析,实验方案设计,并以德龙重卡F3000为载体进行了动态性能实验,结果表明蓄冷型LNG重卡冷能利用空调系统可以满足LNG重卡驾驶室的全工况冷量需求,为LNG重卡空调系统的进一步研究提供了有效支撑。
【学位授予单位】：中原工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.851
【图文】：

占比,大经济,自改,国民经济

究的背景题界，能源越来越与一个国家的社会安全、经济发展和国际地位息把能源安全上升到了国家战略问题。目前，虽然进行能源结构调经成为了全球性的趋势，但是在能源消耗占比中，化石能源依的占比，其中石油约占 33.3%，煤炭占比 28.1%，可再生能源占保持较高的增长速度，但其占比与化石能源相比依然相差甚远。比一直保持在 1%左右的增长趋势，具体见下图 1.1 所示（数据来年鉴）。在人类的社文明史上，从第一次工业革命开始，化石能经济发展 250 年左右了，虽然在世界范围内，化石能源储存量巨迭，时间的推移，现有的能源储备终将会被消耗殆尽。据数据显消耗水平，煤炭资源大约还可以维持 200 年，天然气可以维持 80源发展问题面临着能源短缺、资源分布不均、环境污染和复杂的战。世界各国都在积极调整本国能源结构，完善本国能源政策

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工学院硕士学位论文第一章绪论；煤炭依然是我国能源消耗的主体，年均占比 65%左右，石油消耗占比基本稳定在左右，天然气消费占比稳步增长，2016 年的占比是 2007 年占比的 2.13 倍。经济快展的另一个侧面是严峻的能源问题。首先，能源安全是我国经济高速发展的中坚力但是本国的能源生产不能满足需求，缺口巨大，需要大量依赖进口；其次能源结构简单，一次能源占比达九成[1]，主体能源为煤炭、石油和天然气；煤炭石油的高占耗带来严重的环境污染问题，如 PM2.5 等；同时，由于种种技术限制，我国能源利率总体偏低，能源开采利用技术有待进一步提高。因此，我国依然面临着较为严峻源问题。

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法有三种[41]。第一种：查表法。《煤炭建设项目成本费用估计方法》中列出了不同型号卡车的百公里耗油量建议表，虽然查询方便，但是数据准确性有待研究，同一款车型只有一个固定参考值而忽略了路况条件、运输距离以及高度的变化带来的情况的变化，因此不适合用于精确计算；第二种:负荷率计算法。大多数柴油发动机在满负荷运行时候油耗大约为 217g/kWh，负荷系数一般取 0.2—0.8，小时油耗由额定功率、符合系数与满负荷油耗系数的乘积来确定，其中，负荷系数的确定也是依据具体的路况，在此其取决于长度、坡度和路面状况，如提高高度在0—50m以内时，负荷系数按经验值可取20%-35%，而提高高度在 100—150m 时，负荷系数可调整到 60%，虽然这种方法为确定油耗提供了一定的依据，但是笼统的调整负荷系数与实际的情况依然有一定的偏差。第三种：发动机牵引特性和实际路况综合确定法。此方法按照路况的不同将道路分段，依据功率、车速和距离来确定其油耗。由上述分析确定采用实际路况综合法来确定重卡的动态油耗。按道路的将路段分为平段、爬坡段和下坡段，结合车速、功率和距离来计算油耗。一般的道路剖面计算图如下图 2.1 所示[41]。

【参考文献】