LNG汽车燃料系统与空调冷能利用

【摘要】液化天然气(LNG)作为一种清洁、高效的能源,在当今社会越来越受到青睐,与之相关产业也得到了快速发展。其中LNG汽车(LNGV)因具有能量存储密度大、连续行驶里程长、安全性能高、负载轻等优势,引起了广泛关注和相关研究。LNG作为汽车燃料,需气化为气态天然气供发动机使用,该过程会释放大量冷能。若这部分冷能能够回收用于汽车空调,不仅可以降低发动机能耗,同时可以减少环境污染,具有良好的经济性和社会价值。本文设计了一套LNG汽车燃料系统,在此基础上设计了一套LNG汽车空调冷能利用系统。应用AspenPlus软件对两套系统进行流程模拟,结合理论计算,验证了系统的可行性,并对系统作了进一步的完善及优化。以12米宇通(ZK6128HGM)公交汽车作为研究对象,对LNG汽车燃料系统进行了相关参数计算。通过调研数据确定了LNG车载气瓶规格,根据汽车功率平衡方程推导出LNG燃料流量计算公式。考虑到车载LNG气瓶内液位下降引起供液动力不足,致发动机燃料无法稳定供给,提出了LNG车载气瓶稳定供气的条件,并建立了稳定供气过程中,空温式气化器气化量与发动机燃料流量的关系式。结果表明,自增压气化器气化量随气瓶内温度升高而增大,随气瓶内压力升高而减小,且减小趋势愈来愈来平缓,这些研究结果为完善LNG汽车燃料系统提供了基础。同时,完成了对LNG供气管路系统的计算。本文所建立LNG空调冷能利用系统包括LNG冷能回收系统、制冷系统、蓄冷系统、低温送风系统,是LNG汽车舒适性的重要保障之一。结合理论计算和经验估算法对12米宇通公交汽车夏季空调冷负荷进行了计算。分析了冷回收换热器换热量与LNG出口温度、车速的关系,以及低温送风系统中送风量与送风温度关系,进而提出了合理的低温送风量和蓄冷量。LNG汽车空调的冷负荷随汽车运行的工况不同而变化,因此保证空调制冷量的调节是非常重要的,通过简单分析影响空调冷能利用系统制冷量的因素,提出了相应调控方案。最后,应用AspenPlus软件对LNG汽车燃料系统和空调冷能利用系统进行了流程模拟。以自增压系统为单独流程进行优化模拟,所得低温送风量及新风量与理论分析结果相互验证。通过优化和灵敏度分析模块模拟了LNG汽车冷量回收汽车空调系统在稳态供气状态下的运行情况。本文设计的LNG燃料系统与空调冷能利用系统适用于LNGV,可以确保LNGV发动机燃料的正常供给,以及回收LNG气化的冷能用于汽车空调制冷,实现LNG汽车能量的充分合理利用,降低发动机能耗,具有较好的社会推广价值。
【作者】金树峰；
【导师】陈叔平；
【作者基本信息】兰州理工大学，化工过程机械，2014，硕士
【关键词】LNG汽车；燃料系统；冷能利用；汽车空调；AspenPlus；

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