列车空调用空气制冷系统模拟研究

摘要

近年来，电力动车组空调装置中的氟利昂制冷系统常以 R22作为制冷剂，但随着应用的深入，R22环保性能较差的缺陷日益突出，因而寻求一种新的环保高效的制冷系统成为新的课题。本研究针对列车空调系统，采用空气作为制冷剂通过空气压缩系统实现快速制冷效果。
　　本研究以通行于京广高铁间运行时段为11:15~20:56的CRH2型电力动车组为空气调节对象，分析空气制冷基本原理，确定本文的空气制冷系统方案；根据车厢的舒适性条件，计算车厢冷负荷；在分析空气制冷系统各环节热力过程及对比选择建模方法的基础上，建立制冷系统主要部件的稳态及动态热力学模型，借助Matlab/Simulink平台搭建系统仿真模型进行稳态和动态运行模拟，研究室外工况、室内负荷以及换热器冷却风量条件变化时，系统制冷量、功率、制冷系数以及送风温度的变化及响应规律，并将模拟结果与现用的氟利昂制冷系统性能作对比分析。
　　结果表明：
　　（1）在设计工况下空气制冷系统的制冷量约为36kw，功率约为40kw，制冷系数约为0.9，送风温度为12℃；
　　（2）室外干球温度升高时，制冷量和制冷系数减小，功率和送风温度增大；
　　（3）车厢负荷增大时，制冷量、功率和制冷系数均增大；
　　（4）换热器冷却风量增大时，制冷量和制冷系数增大，功率减小；
　　（5）空气制冷系统与氟利昂制冷系统对比，能耗较大、制冷系数较小，但其造成的温室效应要远远小于氟利昂制冷系统，在环保方面空气制冷系统更具优势。
　　空气制冷系统工质随用随取，无污染物处理环节，环境特性友好，本文的研究对列车空调用空气制冷系统的设计、运行及技术改造等方面有重要的参考意义。

目录

声明

第一章 绪论

§1.1课题研究背景及意义

§1.2课题相关技术的国内外研究现状

§1.3本文主要研究内容

第二章 空气制冷理论分析及系统方案确定

§2.1空气制冷的原理

§2.2空气制冷系统及其特点

§2.3空气循环制冷系统方案确定

§2.4本章小结

第三章 动车组空调负荷分析

§3.1车内环境舒适性的影响因素

§3.2车外空气参数确定

§3.3车厢负荷计算

§3.4负荷计算结果分析

§3.5本章小结

第四章 空气制冷系统稳态模型的建立及模拟结果分析

§4.1 制冷系统稳态模型特点

§4.2 离心式压缩机稳态模型

§4.3 透平膨胀机稳态模型

§4.4 板翅式换热器稳态模型

§4.5 水分离器热力学模型

§4.6 空气制冷系统稳态运行模拟及结果分析

§4.7 空气制冷系统与氟利昂制冷系统性能对比分析

§4.8 本章小结

第五章 空气制冷系统动态模型的建立及模拟结果分析

§5.1压缩机和膨胀机动态模型的建立

§5.2板翅式换热器动态模型

§5.3车厢温度模型的建立

§5.4空气制冷系统动态模拟及结果分析

§5.5本章小结

第六章 总结与展望

§6.1总结

§6.2展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果