空氣膨脹制冷/熱泵系統應用于列車空調中的模擬研究

姓名：張振迎

專業：供熱、供燃氣、通風及空調工程

指導教師：廖勝明

摘要

空氣是滿足環保要求的制冷和熱泵系統中的z*理想工質。以空氣為工質的膨脹制冷系統和熱泵系統已經成為研究者們關注的焦點。目前我國鐵路客車空調使用的大都是以CFC工質為主的壓縮式蒸汽制冷系統，對環境污染嚴重，制冷劑替代迫在眉睫。針對上述情況，本文對以空氣為工質的膨脹系統應用于列車空調作了研究。分析了空氣膨脹循環的基本特點;建立了濕空氣熱力計算模型，針對我國普通列車空調工況，通過對各種空氣膨脹制冷系統方案的比較，找出了適合于我國鐵路客車的空氣膨脹制冷系統——開式負壓循環系統;對該系統中各部件建立了數學模型，并將各部件組成循環整體，進行系統穩態模擬，對系統作了變工況分析;模擬結果顯示，利用空氣膨脹制冷系統的送風溫度處于低溫送風的范圍，與列車

用空氣膨脹制冷系統相適應的送風方式應為低溫送風方式;本文還對空氣膨脹熱泵系統應用在青藏鐵路客車增壓供氧和空調系統中進行了研究，提出了自己的設計方案，并與常規方案進行了對比，對比結果顯示：新型方案的性能系數EER可達到3.95，是常規方案的2倍多;本文用專業計算軟件Airpak對普通列車采用低溫送風時和青藏鐵路客車采用暖風采暖時的車內熱環境進行了數值模擬研究，結果表明：采用噴嘴型專用散流器送風時，硬座車內熱環境較合理，而硬臥車內由于障礙物較多，熱環境較差，尤其是中鋪的溫度偏高，青藏鐵路客車采用暖風采暖時，送風口布置在小桌下側車內熱環境可達到較好的效果。

本文結果對推動我國制冷劑替代工作、對列車用空氣膨脹制冷系統的研制和空氣膨脹系統在制冷空調中的推廣具有重要的意義。

關鍵詞：空氣膨脹制冷，列車空調，增壓供氧，低溫送風，熱風采暖