摘 要

在国家相关政策的支持下，天然气汽车得到了飞速的发展，为了满足天然气汽车日益增长的加气需求，随之而来的是大量的压缩天然气（CNG）加气站的建立。因此本文研究CNG压缩加气过程的热力学分析，对认清CNG加气过程能够有一定的积极作用，对CNG加气过程排除故障以及优化CNG加气过程也有所帮助。

论文主要进行了如下内容的研究：

（1）CNG压缩加气过程数学模型的建立。通过查阅相关资料并总结，结合工程热力学以及压缩机的工作原理，针对加气过程中的压缩机以及充气罐分别建立数学模型。

（2）CNG压缩加气过程数值模拟。计算加气过程模型，利用建立好的压缩加气过程的数学模型，从压缩机吸气、压缩、排气、膨胀四个过程以及充气气罐的角度分别编程，使用MATLAB软件对微分方程进行精确计算，得到相应的数据，并将整个过程连接起来，对各个热力学参数的变化进行相关的分析。

（3）CNG压缩加气过程影响因素分析。分析计算结果，根据计算得到的热力学参数的图像，分析各个加气参数对加气过程的影响。

关键词：CNG加气；加气模型；热力学分析；

Abstract

With the support of national policies, natural gas vehicles have developed rapidly, in order to meet the growing demand for gas vehicles, followed by a large number of compressed natural gas (CNG) filling stations established. Therefore, it is helpful to study the thermodynamic analysis of CNG compression and refueling process, and to understand the CNG filling process and to help the CNG filling process and to optimize the CNG filling process.

The paper mainly studies the following contents:

（1）Establishment of Mathematical Model for CNG Compressing and Heating Process .Through the access to relevant information, combined with engineering thermodynamics, for the filling process of the compressor and inflatable tank were established mathematical model.

（2）Numerical Simulation of CNG Compression Aerated Process.Calculate the aerated process model, The mathematic model of the compression process is established, and the four processes of the compressor suction, compression, exhaust and expansion are programmed. The MATLAB software is used to calculate the data accurately, and the corresponding data are obtained. The whole process is connected.

（3）Analyze the results, According to the calculated thermodynamic parameters of the image, the thermodynamic parameters of the changes in the relevant analysis.

Key Words：CNG aerated；Aerated model；Thermodynamics Research

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究的目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 基本内容与技术路线 4

1.3.1 基本内容 4

1.3.2 技术方案 4

第2章 模型的建立 6

2.1 概述 6

2.2 气体模型 6

2.3 建立压缩机模型 7

2.3.1 压缩机的工作原理 7

2.3.2 模型的建立 8

2.3.3 加气过程模型 8

2.4 充气气罐建模 12

2.5 本章小结 12

第3章 数值计算与结果分析 13

3.1 加气模型的模拟计算 13

3.1.1 吸气过程 14

3.1.2 压缩过程 15

3.1.3 排气过程 16

3.1.4 膨胀过程 18

3.1.5 充气罐的充气过程 19

3.2 加气过程的分析 20

3.3 本章小结 23

第4章 加气参数分析 24

4.1 概述 24

4.2 变参数分析 24

4.2.1 改变压力 24

4.2.2 改变温度 27

4.3 本章小结 29

第5章 总结与展望 30

5.1 总结 30

5.2 展望 30

参考文献 31

致谢 33

附录 34

第1章 绪论

1.1 研究的目的及意义

天然气（Natural Gas）作为一种新型的替代能源，具有绿色环保，经济实惠，安全可靠，改善生活，容易使用等特点，是未来我们国家要重点进行发展的一种非常理想的能源。根据国务院办公厅的能源发展战略行动计划（2014-2020年），在整个十三五规划期间，天然气要成为我国主要消费的重要能源之一，总消费量要达到 3600 亿方；天然气在一次能源消费中的比例，从目前的5.8%提高到10%以上。为了做好2017年能源工作，进一步深化能源供给侧结构性改革，推进“十三五”规划全面实施，国家能源局研究制订了《2017年能源工作指导意见》。扩大天然气利用。制订实施《关于加快推进天然气利用的意见》。推动天然气与可再生能源融合发展。其中最有增长潜力的就是天然气汽车。由此可见，天然气汽车的发展前景非常广阔。

近年来，天然气汽车在全世界得到了十分飞速的发展，据不完全统计，2010年世界的天然气汽车保有量已经达到了1267.4万辆之多，这个数字大致已经达到了2000年的十倍以上；截止到2013年，我国的天然气汽车的拥有量就已经达到了世界第二的水平，大约有336.5万辆，由此预计到2020年的时候，我国的天然气汽车的保有量很有希望能够突破千万大关，达到一千万以上。而在压缩天然气(Compressed Natural Gas，CNG)汽车、液化天然气（Liquefied Natural Gas ，LNG）汽车、液化石油气（Liquefied Petroleum Gas ，LPG）汽车三种天然气汽车（NGV）中，压缩天然气（CNG）汽车的所占得比例更是遥遥领先于其他两种天然气汽车，由此可见，压缩天然气（CNG）汽车是未来天然气汽车发展的重要方向之一^[1-2]。

而压缩天然气加气站作为压缩天然气汽车发展的不可缺少的基础设施，其重要性不言而喻，在压缩天然气加气站中，一般进站的都是来自管网的压力很低的天然气，为了提高加气子站的加气效率和转运车的取气效率，CNG加气站往往都需要配备活塞式压缩机用来给低压天然气加压，然后加压后的高压天然气通过加气机直接输给压缩天然气汽车或者存到储气瓶中以备以后使用。因此，活塞式压缩机是CNG加气站的核心工艺设备，作为CNG加气站的核心工艺设备，压缩机的性能的好坏往往很大程度影响着整个CNG加气站的安全性和经济性，进而影响着整个压缩天然气汽车行业的发展。