Разработка моделей и расчет процессов заправки криогенных бортовых топливных систем сжиженным природным газом

• Автор: Кириенко, Кристина Игоревна
• Шифр специальности: 05.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 146 с. : ил.

Оглавление
Введение
Г лава 1. Обзор литературных данных и постановка задачи исследования
1.1 Использование СПГ в качестве моторного топлива на транспорте
1.2 Современные криогенные бортовые топливные системы для автотранспорта и технологии их заполнения
1.3 Физико-математические модели и технологии заправки емкостного оборудования криогенной жидкостью
1.4 Выводы по обзору и цели исследования
Г лава 2. Экспериментальная отработка технологий заправки
2.1 Задачи экспериментального исследования
2.2 Экспериментальная установка
2.3 Программа, методика и результаты испытаний технологического оборудования
Глава 3. Моделирование процессов заполнения резервуара криогенной жидкостью
3.1 Обобщенная модель процесса заполнения
3.1.1 Модель А
3.1.2 Модель В
3.2 Заполнение теплого резервуара криогенной жидкостью сверху с открытым дренажом
3.3 Заполнение теплого резервуара криогенной жидкостью снизу с открытым дренажом
3.4 Заполнение холодного резервуара криогенной жидкостью с открытым дренажом
3.5 Заполнение холодного резервуара криогенной жидкостью без дренажа
3.6 Заполнение теплого резервуара криогенной жидкостью без дренажа
3.6.1 Первый этап - заполнение

3.6.1.1 Модель А
3.6.1.2 Модель В
3.6.2 Второй этап - сброс пара
3.6.3 Сравнение с экспериментом
Глава 4. Влияние режимных и конструктивных параметров на процесс заполнения
4.1 Влияние вскипания входящего потока (паросодержания)
4.2 Влияние теплого газа в коммуникациях
4.3 Влияние гидравлического сопротивления заправочных и дренажных коммуникаций на длительность заполнения
4.4 Влияние начальной температуры стенки бака на технологию бездренажного заполнения
Выводы
Список использованных источников
Приложение А. Протоколы экспериментального исследования

Введение
Актуальность проблемы. В настоящее время в мире расширяется использование сжиженного природного газа (СПГ) в качестве газомоторного топлива. Станции заправки автотранспорта сжиженным природным газом размещены в 11 штатах США, а также в Австралии, Чехии, Германии, Великобритании. В последние годы высокими темпами развивается использование СПГ в качестве газомоторного топлива в Китае и Корее, а также в Нидерландах. Намерены использовать СПГ в качестве газомоторного топлива такие страны как Индия, Пакистан, Катар. В России Постановлением правительства предусмотрено в течение 7 лет увеличить использование природного газа в качестве моторного топлива с 350 млн. м3/год до 15 млрд. м3/год и занять лидирующие позиции в мире. Кроме автотранспорта предполагается использовать СПГ в качестве моторного топлива на железнодорожном транспорте, на морском и речном транспорте, для сельскохозяйственной техники, в авиации.
Одной из проблем при эксплуатации транспорта на СПГ является уменьшение длительности заправки и повышение пожаробезопасности при заправке криогенных бортовых топливных систем. Уменьшение длительности позволяет повысить конкурентоспособность СПГ как моторного топлива.
Пожароопасность при заправке транспорта СПГ обусловлена, в первую очередь, возможностью перелива криогенного бака, испарением СПГ, загазованностью территории станции с последующей вспышкой. Поэтому одним из путей повышения пожаробезопасности является переход к бездренажной заправке бортовых систем сжиженным природным газом (без выброса паров СПГ из бака). К сожалению, в настоящее время в РФ отсутствует опыт скоростной и безопасной заправки емкостного оборудования, а опыт опытной эксплуатации транспорта на СПГ дал отрицательные результаты.

2.2 Экспериментальная установка
Блок-схема экспериментальной установки для исследования процесса заполнения представлена на рис. 2.1.
1 - технологический резервуар; 2 - испаритель-самонаддува питающего резервуара; 3 - линия выдачи жидкости методом передавливания; 4 -криогенный насос; 5 - линия выдачи жидкости с помощью насоса; 6 -испаритель подогревателя; 7 - подогреватель жидкости; 8 - линия заправки КБТС снизу; 9 - криогенный бак; 10 - линия заправки КБТС сверху; 11 -дренаж криогенного бака; 12 - байпасная линия насоса; 13 - линия циркуляции пара; 14 - дренаж питающего резервуара.
Рис. 2.1 — Блок-схема экспериментальной установки
Питающий резервуар представлен емкостью VRV Eagle 10000/18 производства фирмы VRV S.p.A. (Италия) объемом 10 м3 с максимальным рабочим давлением 1.8 МПа. Испаритель самонаддува - атмосферный испаритель ИА-40, общей площадью теплообмена 40 м2 (испарение