Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Разработка и исследование технологии заправки автотранспорта сжиженным природным газом

Диссертация: Разработка и исследование технологии заправки автотранспорта сжиженным природным газом
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Несмотря на то, что получение синтетического бензина возможно из недорогих органических материалов, в том числе из отходов, такое топливо на данный момент превосходит по цене традиционный бензин в 1.8−2 раза, что связано с трудностью очистки продукта от примесей. Предложена о опробована новая модель захолаживания криогенного бака, позволяющая оценить с точностью около 10% затраты времени… Читать ещё >

Содержание

  • Условные обозначения
  • 1. Обзор литературных данных и постановка задачи исследования
    • 1. 1. История вопроса
    • 1. 2. Экологические предпосылки использования СПГ
    • 1. 3. Экономические предпосылки использования СПГ
    • 1. 4. Описание процесса заправки бака
    • 1. 5. Формулировка цели исследования
  • 2. Исследование процесса захолаживания криогенного бака
    • 2. 1. Двумерная модель заправки бака
    • 2. 2. Нульмерная модель захолаживания бака
    • 2. 3. Аналитическая модель захолаживания бака
  • 3. Исследование процесса накопления жидкости
    • 3. 1. Термодинамика процесса накопления жидкости
    • 3. 2. Заправка равновесной жидкостью
    • 3. 3. Заправка недогретой жидкостью
    • 3. 4. Выбор оптимального метода получения недогретой жидкости
    • 3. 5. Выбор оптимального метода заправки
    • 3. 6. Утилизация паров СПГ
  • 4. Экспериментальное исследование заправки криогенного бака
    • 4. 1. Экспериментальная система
    • 4. 2. Согласование нульмерной модели захолаживания с экспериментом
    • 4. 3. Согласование аналитической модели захолаживания с экспериментом
    • 4. 4. Захолаживание бака с закрытым дренажом
    • 4. 5. Влияние выноса жидкости в дренаж на процесс захолаживания бака
  • Выводы
  • Литература

Условные обозначения и — внутренняя энергия термодинамической системы О, — количество теплоты, поступающее в систему Р — давление

V- объем термодинамической системы в пределах контрольной поверхности О — массовый расход потока, поступающего в систему к — удельная энтальпия т- время

— изохорная теплоемкость парожидкостной смеси Срг — изобарная теплоемкость газа суг — изохорная теплоемкость газа р — плотность Г-температура Т5 — равновесная температура V — удельный объем т — масса системы термодинамической системы

8 — толщина стенки и — вертикальная скорость

Ж- горизонтальная скорость х — координата вдоль потока

Н- вертикальная координата, а — коэффициент теплоотдачи по газу

В — диаметр тела в — температура стенки

Мст — масса стенки

Т7 — площадь сст — теплоемкость материала стенки г — теплота парообразования к — коэффициент трения среды в канале С, — коэффициент гидравлического сопротивления Р] - давление на входе в заправочную линию П- периметр

АТ — температурный напор т] г — динамическая вязкость газа

Хг — коэффициент теплопроводности газа

Д, — температурный коэффициент объемного расширения газа р? ж — площадь контакта жидкости со стенками аж — коэффициент теплоотдачи по жидкости хв — массовое паросодержание крит ~ площадь критического сечения

Ун — локальная скорость звука ¿/-проходной диаметр канала ф — коэффициент дренажных потерь 0, ос — теплоприток из окружающей среды

Индексы к- к-й поток массы вх — входящий поток массы вых — выходящий поток массы — насыщенная жидкость — насыщенный пар нач — начальные условия ст — материал стенки ср — среднеинтегральное за промежуток времени

Разработка и исследование технологии заправки автотранспорта сжиженным природным газом (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

В настоящее время из-за сложившейся в крупных городах неблагоприятной экологической обстановки и истощения на Земле запасов нефти ведется поиск альтернативных автомобильных топлив, способных решить эти взаимосвязанные проблемы. Обзор литературных данных [1−4, 13, 15, 16, 33−38, 50] показывает, что в ближайшее время наиболее вероятно развитие следующих видов альтернативных топлив:

— природный газ (сжиженный или сжатый);

— водород (сжиженный, сжатый или получаемый на борту ТС);

— диметиловый эфир;

— метанол;

— синтетический бензин.

Водород может храниться в баке автомобиля в жидком или газообразном виде или получаться на борту автомобиля из водородосодержащих веществ типа ДМЭ или метанола. Главным преимуществом водорода является возможность его использования в топливных элементах, в которых в результате электрохимической реакции высвобождается электрическая энергия, используемая для привода автомобиля — при этом транспортное средство будет обладать «нулевым выбросом» в атмосферу. Главные сложности его использования заключаются в высокой цене и низкой эффективности топливных элементов.

Из всех перечисленных веществ только диметиловый эфир является альтернативой дизельному топливу из-за его низкой температуры воспламенения (235°С). Использование природного газа в газодизельном цикле является лишь частичным решением проблемы замещения дизельного топлива, что связано с высокой температурой воспламенения природного газа (645°С). Главным недостатком ДМЭ является выброс в атмосферу углекислоты при его производстве. По своим физико-химическим свойствам ДМЭ во многом аналогичен пропанобутановой смеси и может реализовываться на пропанобутановых АЗС практически без переоборудования.

Использование метанола как моторного топлива особенно поощрялось в США, отчасти оттого, что метанол хранится в жидком виде, подобно бензину. Однако, метанол как моторное топливо привлек значительно меньше внимания в Европе, так как он является ядовитой жидкостью и требует значительных затрат энергии при производстве.

Природный газ, состоящий в основном из метана, может храниться на борту автомобиля как в сжиженном (СПГ), так и в сжатом (КПГ) состоянии. Главным преимуществом сжиженного природного газа перед компримированным природным газом является то, что при сжижении объем газа уменьшается в 600 раз — это позволяет создать для ТС намного больший по сравнению с КПГ запас хода без дозаправки. СПГ является более перспективным к внедрению по сравнению с жидким водородом из-за более высокой равновесной температуры, дешевизны и большей объемной теплоты сгорания (21.1 МДж/м по сравнению с 8.5 МДж/м для жидкого водорода).

Несмотря на то, что получение синтетического бензина возможно из недорогих органических материалов, в том числе из отходов, такое топливо на данный момент превосходит по цене традиционный бензин в 1.8−2 раза, что связано с трудностью очистки продукта от примесей.

Таким образом, на данный момент для всех вышеперечисленных веществ имеются сложности в цепи «производство — стационарное хранение — доставка потребителю — хранение на борту ТС — получение энергии в двигателе». В мире параллельно ведутся научные разработки по внедрению этих топлив, и окончательный выбор в пользу какого-либо из них еще не сделан. В данной работе представлено решение некоторых проблем, связанных с использованием сжиженного природного газа на автомобильном транспорте.

Автор благодарит за поддержку ООО «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий — ВНИИГАЗ» и ЗАО «НПФ «Экип» .

Выводы.

6. предложена о опробована новая модель захолаживания криогенного бака, позволяющая оценить с точностью около 10% затраты времени и криогенной жидкости на захолаживание;

7. получены новые результаты экспериментального исследования заправки криогенного бака при различных давлениях на входе жидкости;

8. проведен анализ различных моделей определения температурного напора «газ-стенка» при захолаживании бака.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Н. Г. Сжиженный природный газ как универсальное моторное топливо XX1.века: технологии производства и системы долгосрочного хранения. — М.: ИРЦ Газпром, 2002. — 63 с.
  2. Перспективы и опыт применения сжиженного природного газа на объектах ОАО «Газпром»: Материалы Науч.-техн. совета ОАО «Газпром», г. Санкт-Петербург, 22−23 дек. 2001 г. -М., 2002. 126 с.
  3. Информационный бюллетень Национальной Газомоторной Ассоциации. 2003. — № 1 (12).-24 с.
  4. Информационный бюллетень Национальной Газомоторной Ассоциации. -2003.-№ 2(13).-16 с.
  5. Drexel Fueling Facilities. Houston: Zeus Development Corporation, 1993. -33 p.
  6. Справочник по физико-техническим основам криогеники / Под ред. М. П. Малкова. М.: Энергоатомиздат, 1985. — 431 с.
  7. Qualitative Risk Assessment for an LNG Refueling Station and Review of
  8. Relevant Safety Issues / Siu N., Herring J. S., Cadwallader L. et al. Idaho Falls, 1998. — 212 p. (Idaho National Engineering Lab. report INEEL/EXT-97−827-Rev.2).
  9. В. A. Изотермическое хранение сжиженных газов. Технико-экономические показатели и области использования. Л.: Недра, 1970. — 192 с.
  10. Ю.Иванцов О. М. Хранение сжиженных газов при низких температурах. М.: Недра, 1984. — 150 с.
  11. В. А. Математическая модель теплового состояния парового пространства низкотемпературного резервуара для хранения СПГ // Газовая промышленность. Транспорт и хранение газа. 1981. — № 5. — С. 21−28.
  12. А. П. Сжижение метана, его транспорт и хранение // Сб. трудов ИИГАН УССР. -1961. Вып. 2, № 9 — Сжижение и разделение углеводородных газов. — С. 44−50.
  13. Г. А., Тюков В. М., Сливин Ф. В. Моторные топлива из альтернативных сырьевых ресурсов. М.: Химия, 1989. — 270 с.
  14. Н. В., Буланов А. Б. Жидкостные криогенные системы. Л.: Машиностроение: Ленингр. отд-ние, 1985. — 246 с.
  15. Ю. И. Пожарная безопасность объектов изотермического хранения сжиженного природного газа: Дис. канд. техн. наук. М., 2001. — 211 с.
  16. В. Г. Двухступенчатая модель теплопередачи применительно кохлаждению криогенного оборудования в условиях пленочного кипения // Криогенная техника. 1975. — Вып. 17. — С. 28−42 (Сб. трудов Балашихинского НПО «Криогенмаш»).
  17. В. Е. Анализ термодинамических процессов при переменной массе рабочего тела // Криогенная техника. 1977. Вып. 18. — С. 21−32 (Сб. трудов Балашихинского НПО «Криогенмаш»).
  18. В. Е. Термодинамический анализ двухфазных систем переменной массы // Криогенная техника. 1977. Вып. 18. — С. 33−45 (Сб. трудов Балашихинского НПО «Криогенмаш»).
  19. С. П. Кристаллизация диоксида углерода в системах регазификации СПГ // СПГ и СЖТ: мировые и российские перспективы: Тез. докл. межд. конф. М., 2004. — С. LNG-C3.
  20. ТУ 51−03−03−85 Газ горючий природный сжиженный. Топливо для двигателей внутреннего сгорания. М., 1985. — 40 с.
  21. ГСССД 81−84 Газ природный расчетный. Плотность, фактор сжимаемости, энтальпия, энтропия, изобарная теплоемкость, коэффициент объемного расширения и показатель адиабаты. М., 1984. — 22 с.
  22. Физические величины: Справочник / Под ред. И. С. Григорьева, Е. 3. Мелихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
  23. Сжиженный природный газ (СПГ). Физико-химические, энергетические и эксплуатационные свойства: Справочник / Под ред. И. Л. Ходоркова. СПб.: Химиздат, 2004. — 174 с.
  24. Г. М., Довгялло А. И., Романов И. Г. Перспективные технологии применения сжиженного природного газа для заправки автотранспорта и для газоснабжения. М.: ИРЦ Газпром, 1997. — 67 с.
  25. NexGen Fueling Vehicle Fuel Tank System Operations Manual. New Prague: NexGen Fueling, 2002. — 27 c.
  26. Bunger U., Loerbroks A. First Results from Demonstration Activities with LNG/LCNG as a Vehicle Fuel in Europe. Ottobrunn: L-B-Systemtechnik GmbH, 1998. — 16 c.
  27. Bunger U. Neue Entwicklungen der LH2- und LNG-Kryotechnik fur den Einsatz in Kraftfahrzeugen.: VDI-Seminar Kryotechnik. Karlsruhe, 1999.31 .Бак криогенный топливный руководство по эксплуатации ПСМ 036.00.000.РЭ. — М.: НПФ «Экип», 2004. — 43 с.
  28. Anderson D. On-Board Pressure-Building Device for Vehicle Fuel Tanks. Idaho: Idaho National Laboratory, 2005. — 2 p.
  29. Ю. H., Гриценко А. П., Золотаревский Jl. С. Транспорт на газе. -М.: Недра, 1992.-341 с.
  30. Я. С., Чириков К. Ю. Многотопливные станции заправки автотранспорта газовыми и жидкими моторными топливами: Докл. на конференции «Автогаз-91». Паланга: АО ЦГТ, 1991. — 4 с.
  31. . С. Безопасность при использовании углеводородных газов в качестве моторного топлива // Газовая промышленность. 1988. — № 8. — С. 49−51.
  32. Сжиженный природный газ моторное топливо. Состояние, перспективы, развитие. Сборник материалов совместного заседания комиссии по газомоторному топливу при правительстве РФ и Европейской газомоторной ассоциации. — СПб.: ДП «Лентрансгаз», 1998. — 63 с.
  33. Постановление Правительства Москвы от 12 марта 2002 года № 170-ПП «О городской целевой программе использования альтернативных видов моторного топлива на автомобильном транспорте города на 2002−2004 годы». М., 2002. — 54 с.
  34. К. Ю. Мельник В. П. Использование СПГ в народном хозяйстве. -М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1991. 41 с.
  35. Ю. Н., Гриценко А. И., Чириков К. Ю. Газозаправка транспорта. -М.: Недра, 1995.-435 с.
  36. М. В. Решение задач гидравлического расчета систем заправки ракеты космического назначения средствами пакета Simulink
  37. Проектирование инженерных и научных приложений в среде MATLAB: Труды Второй Всерос. научн. конф. М., 2004. — С. 1418−1421.
  38. Jenks С. W. Technology Assessment of Refueling-Connection Devices for CNG, LNG and Propane. Transit Cooperative Research Program Research Results Digest Number 25. Washington.: Transportation Research Board, 1998. — 46 p.
  39. Ю. H., Гриценко А. П., Золотаревский JI. С. Газообеспечение транспорта. М.: ИРЦ АО «Газпром», 1993. — 103 с.
  40. В. Е. Расчет времени охлаждения криогенной магистрали газообразным и жидким хладагентами // Криогенная техника. -1981. С. 3846 (Сб. трудов Балашихинского НПО «Криогенмаш»).
  41. В. Г. О влиянии интенсивности теплообмена и параметров потока хладоагента (теплоносителя) на скорость охлаждения и нагрева тел // ИФЖ. 1974. — Т. 26, № 4. — С. 696−700.
  42. Тепловой и гидравлический расчет процесса заправки автомобильного бака жидким метаном / Э. А. Амелин, А. Ф. Бондарь, В. И. Борисенко и др. -Харьков: ФТИНТ, 1986. 11 с. (Препр. АН УССР, Физ.-техн. ин-т низ. температур- 53−86).
  43. И. С., Романенко В. Г. Методика численного расчета нестационарных тепловых и гидрогазодинамических процессов в сложных криогенных системах. Харьков: ФТИНТ, 1986. — 52 с. (Препр. АН УССР, Физ.-техн. ин-т низ. температур- 32−86).
  44. В. Г. Математические модели, алгоритмы и программы расчета процесса заправки безрасходных аккумуляторов холода. Харьков: ФТИНТ, 1990. — 16 с. (Препр. АН УССР, Физ.-техн. ин-т низ. температур- 35−90).
  45. В. П., Буткевич И. К., Филимонов В. Е. Расчетно-экспериментальное исследование режимов захолаживания гелиевых систем // Криогенная техника. 1979. — С. 10−19. (Сб. трудов Балашихинского НПО «Криогенмаш»).
  46. Stephens С. A., Hanna G. J., Gong L. Thermal-Fluid Analysis of the Fill and Drain Operations of a Cryogenic Fuel Tank: NASA Technical Memorandum 104 273. Dryden: NASA, 1993. — 21 p.
  47. Н. Ф. Дубовкин, и др. Авиационные криогенные углеводородные топлива. -Казань: Абак, 1998. 255 с.
  48. Ю. В., Лехмус А. А. Рациональные способы захолаживания цистерн метановозов перед приемом грузов // Судостроение: Респуб. межвед. науч.-техн. сб. (Киев) 1986. — Вып. 35. — С. 57−63.
  49. Автомобиль на биометане / А. П. Гриценко, Ю. Н. Васильев, Л. С. Золотаревский и др. / Газовая промышленность. 1987. — № 12. — С. 14−16.
  50. Ю. Н., Мкртычан Я. С., Чириков К. Ю. Перевод транспорта на газовое топливо. М.: Недра, 1988. — 224 с.
  51. Л. Г. Механика жидкости и газа. М.: Дрофа, 2003. — 840 с.
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?