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原文传递液化天然气(LNG)公交车冷量回收汽车空调系统的研究

论文题名：	液化天然气(LNG)公交车冷量回收汽车空调系统的研究
关键词：	液化天然气汽车;城市公交车;驾驶室;冷量回收;汽车空调系统;汽车改装
摘要：	近年来，液化天然气汽车(LNGV)在城市公交车行业迅猛发展，与之对应的LNG汽车冷能回收汽车空调被LNG汽车行业的用户普遍看好，对相关研究的期待可谓日益高涨。本文设计了一套针对城市公交车驾驶室的LNG冷能回收汽车空调系统。并首次以LNG为实验介质，通过计算机仿真和实验台模拟试验检验了该系统的可行性。最后进行了LNG汽车冷回收空调系统的汽车改装。　　本文首先以济南公交8米在用城市公交车为对象，对汽车驾驶室进行了空调夏季热负荷计算。然后对改装后的LNG公交车，针对LNG公交车的使用特点，从热力学的角度对LNG汽车的冷量火用、总火用及其特性进行了论证分析。以火用分析为基础，对LNG公交车可回收冷量进行了计算。计算结果表明，如果按目前5096的LNG冷量回收率计算，实验用公交车可回收的冷量约2.3kW，完全可以满足现有公交车驾驶室夏季的空调热负荷需要。然后，在前人的理论研究基础上设计了一套LNG公交车冷量回收局部供冷汽车空调系统。整个冷回收空调系统包括冷回收换热器、循环系统、空调末端系统及蓄冷系统四个部分，同时在蓄冷系统的实现方式上提出了创新方案。最后，对冷回收汽车空调的工作介质进行了选择，最终决定采用乙二醇水溶液为冷回收系统的冷媒。　　本文还根据所设计的LNG冷回收汽车空调系统，对其中的关键设备--冷回收换热器进行了设计计算和模拟仿真。冷回收换热器设计为同轴套管式换热器，通过设计计算确定了换热器所需的换热面积。对于LNG与空调冷媒之间的大温差换热问题，通过将螺旋管式套管换热器简化为水平套管换热器，用CFD软件FIRE进行了3维建模和数值模拟，考察了在给定的设计条件下，不同时刻冷回收换热器内的乙二醇水溶液的温度分布。模拟结果显示，稳定工况时乙二醇水溶液在LNG管外的结冰厚度约1mm，冰填充率不到10％，所以理论上不会造成冷回收换热器内部的完全冻结。同时，对其他的设备如空调末端、水泵、空调管径、循环水箱和保温材料等进行了选型计算。　　本研究还根据前面进行的设计和计算，进行了冷回收汽车空调模拟实验台的搭建。首次以LNG为介质，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。模拟实验主要采集了换热器的进出口温度、空调冷媒的体积流量和气化后的天然气出口压力等参数。试验数据证明，在30℃的外部环境温度下，冷回收换热器空调冷媒的出口温度基本稳定在15℃，空调冷媒出口温度基本稳定在21℃；空气换热器的空调冷媒进口温度基本稳定在16℃，空调冷媒的出口温度基本稳定在21℃。设计的冷回收空调系统运行良好，制冷迅速。最后还在济南公交公司，对实验样车进行了LNG冷回收系统的汽车改装。可以认为本文设计的系统完全适用于液化天气汽车，可以回收LNG气化的冷能用于汽车空调制冷，实现LNG公交车能量的充分合理利用，且改装及使用成本较低，具有较好的社会推广价值。
作者：	郎峰
专业：	热能工程
导师：	许伯彦
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东建筑大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文