蓄冷型 LNG 重卡冷能利用空調系統全路況特性

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　　摘 要：為了滿足LNG重卡駕駛空間的制冷需求，設計了一種具有蓄冷功能的LNG重卡冷能利用空調系統，構建了全路況行駛模型，并對LNG 重卡在上坡段、平穩段和下坡段全路況下的制冷性能和影響因素進行了分析。結果表明：LNG重卡冷能利用空調系統上坡段的空調制冷量是6.150kW，蓄冷量是0.551kW;平穩段的空調制冷量是4.201kW，蓄冷量是0.420kW;下坡段的空調制冷量是2.902kW，蓄冷器釋放的冷量大于0.598kW。該系統通過控制策略對蓄冷量進行合理的調控，滿足LNG 重卡全路況下空調系統穩定的供冷需求。
　　關鍵詞：LNG 重卡;全路況;蓄冷;空調系統
　　1 LNG 重卡冷能利用空調系統
　　 本文設計了一種蓄冷型 LNG 重卡冷能利用空調系統，該系統主要由 LNG 鋼瓶、汽化器、蓄冷器、汽車空調器、水浴式換熱器、發動機、控制器等組成，系統蓄冷型 LNG 重卡冷能利用空調系統包含兩個回路：第一，低溫的LNG 經過流量控制閥進入汽化器與低溫無相變載冷劑進行熱量交換，LNG 受熱氣化后，進入水浴式換熱器與發動機冷卻液進行二次熱量交換，溫度滿足發動機進氣要求后，為發動機提供動力;第二，低溫無相變載冷劑與 LNG 交換熱量后溫度降低，降溫后的載冷劑分為兩路循環。
　　2 仿真與實驗
　　2.1 路況模型構建
　　 LNG 重卡實際行駛過程中，路況、荷載、行駛距離等因素會對汽車油耗及效率產生影響。油耗的上下波動對 LNG 釋放的冷量，對重卡空調系統的制冷性能產生影響。本文重點分析了不同路況條件下空調系統的制冷性能。以 LNG 重卡實際運輸過程為原型，設定在一段路程中，分為上坡段、平穩段和下坡段三段，LNG 重卡共行駛 400  km，建立。
　　2.2   仿真模擬
　　 LNG 自?162℃的低溫鋼瓶流出至進氣溫度為10～40℃的發動機燃燒供能，其釋放的冷量包括三部分：過冷儲存態至飽和液態的顯熱冷量、飽和液態至飽和氣態的潛熱冷量、飽和氣態至過熱態的顯熱冷量。（1）從低溫鋼瓶中的過冷儲存狀態升溫至飽和液體狀態過程釋放的顯熱冷量 Qw為 Qw=mcp（TL?TS），從飽和液體狀態變為飽和蒸氣狀態過程釋放的潛熱冷量 Qr為 Qr=m（hV?hL）;（2）從飽和蒸氣狀態升溫至過熱態過程釋放的冷量 Qx為  Qx=mcp（TK?TV） ;（3）LNG 釋放的總冷量 Q 是 LNG 從低溫鋼瓶中的過冷液態到發動機中的過熱蒸氣態釋放的全部冷量，即為三個過程釋放的冷量之和，其值為Q=Qw+Qr+Qx;（4）重卡駕駛室空調制冷量 Qc為 Qc=V（i1?i2）/r ;（5）根據建立的數學模型，利用 Aspen Plus 軟件對全路況下空調系統制冷性能進行研究和分析，空調系統模擬流程。
　　3 結果與分析
　　3.1 模擬結果分析
　　 通過使用 Aspen Plus 軟件對全路況下空調系統制冷性能進行研究和分析，得到了各路況下的制冷量和蓄冷量。數據顯示：上坡段的空調制冷量是7.160kW，蓄冷量是0.712kW;平穩段的空調制冷量是5.960kW，蓄冷量是0.570kW;下坡段的空調制冷量是3.184kW，沒有蓄冷量。上坡段和平穩段的空調制冷量可以滿足 LNG 重卡3.5kW 的制冷需求，可以蓄存1.282kW 的冷量，這部分冷量可以保證下坡段小功率運行時空調系統的穩定運行。模擬研究的結果為之后的實驗測試提供了參考。
　　3.2 實驗結果分析
　　3.2.1   空調系統蓄冷特性
　　 通過對陜汽重卡 F3000的跟車實況測試所示的空調系統的制冷特性。LNG流量對重卡空調系統制冷量有很大的影響。由于 LNG 重卡在實際行駛過程中，坡型的不同、需要的發動機功率不同，所以 LNG 流量也不同，進而空調系統的制冷量也不同。上坡段、平穩段和下坡段三種坡型的 LNG 流量中心值為 0.75、0.58、0.30kg/min，對應的空調系統制冷量中心值為 6.150、4.201、2.902kW。由于 LNG 重卡所需制冷量為 3.5kW，所以上坡段和平穩段的空調系統制冷量均高出LNG 重卡的制冷需求，可將富余的冷量蓄存在蓄冷器中，蓄存冷量分別是 0.551kW 和 0.420kW;下坡段的空調系統制冷量不能滿足 LNG 重卡制冷的需求，但可以看出，上坡段和水平段蓄存的冷量大于下坡段供應不足的冷量。所以，通過對蓄存冷量的合理控制和調度，該系統可以滿足 LNG重卡的供冷需求，保證了供冷的穩定性和人體的舒適度。
　　4 結論
　　 本文通過模擬和實驗研究對蓄冷型 LNG 重卡冷能利用空調系統全路況的性能進行了分析得到以下結論。（1）LNG 重卡上坡段空調系統的制冷量為6.150kW，蓄冷器的蓄存冷量為0.551kW;平穩段空調系統的制冷量為 4.201kW，蓄冷器的蓄存冷量為 0.420kW;下坡段空調系統的制冷量為2.902 kW。上坡段和平穩段的空調系統制冷量均能夠滿足 LNG 重卡3.5kW 的制冷需求。該系統可通過控制策略對蓄冷量進行合理的調控，滿足 LNG重卡全路況下空調系統穩定的供冷需求。（2）LNG 重卡在上坡段行駛過程中，隨著 LNG流量的增加，載冷劑進入蒸發器的溫度降低，蒸發器出口空氣溫度也隨之降低，同時，蒸發器進出口空氣溫差隨之增大，LNG 重卡冷能利用空調系統制冷量明顯增加，總制冷量始終維持在 5.8kW以上，可以滿足 LNG 重卡駕駛空間舒適性和穩定性的要求。
　　參考文獻：
　　[1] BUREL  F，TACCANI R， ZULIANI N.Improving  sustainability  of maritime transport through utilization of liquefied natural gas （LNG） for propulsion[J].Energy，2013（57）：412-420.
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