壓縮空氣動力汽車的可行性研究

　　壓縮空氣動力(dòng lì)汽車的可行性研究許宏博士許宏介紹了壓縮空氣動力汽車的工作原理(yuán lǐ)結構特點及其“零污染”特性，分析了壓縮空氣動力的能量(energy)轉換過程，并與常用電動車車載電池（Battery）特性進行了比較介紹了壓縮空氣動力汽車的動力分配方式和整車特性以及壓縮空氣的存儲特性認為壓縮空氣動力汽車在原理上是可行的，技術上可實現，是-種無污染、結構簡單、制造和使用方便(，并有廣闊應用前景的新型動力汽車。
　　1環境保護汽車的進展從20世紀30年代以蓄電池作為動力的EV電動車到現在的HEV復合動力電動汽車及代用燃料汽車，汽車用能源的研究與開發從未間斷代用燃料汽車，如天然氣（CNGLNG）汽車、醇類汽車、二甲醚（DME）汽車等仍然有排放污染和熱效應，有些燃料還有毒性，有些燃料燃燒(combustion)控制困難電動汽車行駛中無污染排放、噪聲低能量(energy)轉換效率高，但電池驅動的電動汽車受制于車載電池，在比功率、循環壽命、充放電性能、造價和安全性等方面一時難以達到實用的程度，同時，電池本身也存在嚴重的二次污染混合動力電動車具有電池電動車和內燃機汽車的優點，但仍存在排放問題(Emerson)，由于有2套動力裝置，其驅動和控制系統(system)更復雜燃料電池電動車是人們寄予厚望的，目前認為最有發展前途的是質子交換膜燃料電池（DEMFC），可實現零排放，能量轉換率高，結構簡單但燃料電池的制造成本(cost)比較高，氫氣的安全存儲、制備和灌裝都有許多問題，制約了這種電動車輛(Vehicle)的發展和實用化太陽(sun)能電動車仍需減小電池體積和提高光電轉換效率飛輪電池技術尚未取得突破性進展人們期待著一種沒有污染用之不竭的新型：2002-基金項目：國家自然科學(science)基金-福特基金資助項目（50122115）能源的出現，壓縮空氣能源正好滿足這種要求2壓縮空氣動力汽車的原理壓縮空氣動力汽車使用高壓壓縮空氣為動力源，空氣作為介質，汽車運行時將壓縮空氣存儲的壓力(pressure)能轉換為其它形式的機械能以液態空氣和液氮吸熱后膨脹做功為動力的其它氣體(gas)動力汽車也屬于氣動汽車范疇氣動汽車工作原理與傳統(Tradition)汽車基本相同，最大差別在于汽車動力來源的不同，其發動機總體結構形式仍可借鑒傳統汽車的模式為法國MDI出品的壓縮空氣動力和內燃機動力的混合動力汽車發動機的外觀圖，為其結構示意圖發動機由進氣壓縮缸、膨脹排氣缸和球型定容燃燒室組成，通過電控裝置進行燃料動力和壓縮空氣動力的切換若將中的球型定容燃燒室及其相應裝置篩除，即成為純粹以壓縮空氣為動力的發動機，合理安排進氣相位，各活塞將在壓縮空氣的推動下往復運動壓(Dynamic)縮空氣動力發動機有旋轉(Rotating)活塞式和氣馬達型等多種結構形式，目前只有往復活塞式結構的報道為了有更好的動力特性和結構特性，一般都設計為多缸形式壓縮空氣動力發動機工作時，儲氣瓶中的高壓壓縮空氣經減壓后，通過熱交換器吸熱，再進入作用缸推動負載運動，通過調節進入作用缸的氣體壓力和流量以調整發動機的動力特性改變缸徑、缸數和布局可以得到多種形式的發動機3壓縮空氣動力汽車的可行性分析3.1能量分析對壓縮空氣動力汽車使用性能的要求與常規汽車一樣，決定壓縮空氣動力汽車前景(front view)的關鍵是如何提高壓縮空氣的能量利用率(availability)Z即實際壓縮空氣所做的膨脹功與壓縮空氣中存儲的壓力能的比。
　　空氣由高壓到低壓的減壓過程，圖中曲線12分別表示壓縮空氣的等溫、絕熱膨脹過程，實際的減壓膨脹做功過程介于曲線12之間。昆山空壓機是回轉容積式壓縮機，在其中兩個帶有螺旋型齒輪的轉子相互嚙合，使兩個轉子嚙合處體積由大變小，從而將氣體壓縮并排出。圖中PiVi―起始點氣體(gas)壓力、體積；A為起始點，BCDE為相應的分級壓力控制時的壓力分級點，在這些點處有等容吸熱過程，如B―C和E等曲線1與坐標ViV2間所包含的面積表示壓縮空氣儲存的能量釋放所能轉變的氣體膨脹功。
　　假定高壓氣罐的充氣壓力為1儲氣體積為Vi，按曲線1的理想氣體完全等溫膨脹(inflate)到常壓時所能做的全部膨脹功為膨脹后的終了狀態為（P2，V'2）法國MDI發動機的參數為起始儲氣壓力p 300L，終了室溫狀態下的壓力戶2=0.1MPa，由41鎳鎘電池55鎳氫(Hydrogen)電池80鈉硫電池100鈉氯化鎳電池120鋰離子電池150鋰聚合物電池115鋅（Zinc）空氣電池180鋁（Al)空氣電池200壓縮空氣（常溫，30MPa，300L）61目前德、美等國已有超高壓充氣設備，我國也能生產鋁合金(alloy)內膽碳纖維纏繞的超高壓儲氣罐。昆山空壓機保養冷卻水通過管道進入空壓機中間冷卻器對一級壓縮排出的氣體進行冷卻降溫，再進入后冷器對排氣進行冷卻，另一路冷卻水進水管道經過主電機上部的兩組換熱器冷卻電機繞組，還有一路對油冷卻器進行冷卻。制罐工藝的改進將使存儲壓力進一步提高，比能量將隨之提高。
　　假定工作溫度為27°C，可求得體積為300L壓力為30MPa的壓縮(compression)空氣的質量為104.氣罐重約130kg，對應的壓縮空氣的比能量約為61W‘h/kg表1為壓縮空氣動力(dòng lì)與多種車載電池比能量的對比提高壓縮空氣使用效率、增大罐容和增大充氣壓力是提高一次充氣行駛里程的主要手段當然增大罐容受到汽車有效空間的限制，增大充氣壓力則受制罐工藝的限制在罐容充氣壓力和汽回收、少損減壓控制和合理的動力分配方式等問題都與Z有關，需進一步深入研究。昆山空壓機保養是回轉式連續氣流壓縮機，在其中高速旋轉的葉片使通過它的氣體加速，從而將速度能轉化為壓力。這種轉化部分發生在旋轉葉片上，部分發生在固定的擴壓器或回流器擋板上。
　　4壓縮空氣動力汽車的特點壓縮空氣動力汽車在電f能-壓力f能-機械能的轉換過程(guò chéng)中，無（礦物）燃料的燃燒，排放的仍然是無污染無熱輻射的空氣，噪聲小，是真正“綠色”“零污染”概念的汽車與傳統的汽車相比，其發動機工作時無燃料的燃燒過程，所以發動機的結構很簡單、尺寸小、重量輕、造價低，對材料要求低，設計和制造容易。昆山空壓機維修是更換全部磨損的零件，空壓機轉1000個小時或一年后，要更換濾芯，在多灰塵地區，則更換時間間隔要縮短。濾清器維修時必須停機，檢查壓縮機所有部件，排除壓縮機所有故障。與用液氮、液空的汽車相比，氣體膨脹作功時吸熱量相對較小，比液氮、液空的制備及存儲費用少得多。內燃機動力和壓縮空氣動力混合動力汽車可徹底解決吸熱問題，特別是在環境溫度較低時尤為重要。
　　壓縮空氣動力汽車的能量傳遞快捷，儲存容易，空氣介質來源方便、清潔、價廉，所需的電力能量容易獲取；家用充氣設備和加氣站等社會基礎建設費用不高，較容易建造；整車使用維護和生產費用低，且可利用現有氣動技術、汽車設計和制造技術，研制和開發周期短對污染要求特別嚴格的城市中心、重點旅游區、自然保護區以及對噪聲要求嚴格的場合或室內使用的中小型工具運輸(transport)工具等，以及短途的交通工具、軍用潛艇等，壓縮空氣動力都將有不可替代（用一物質代替另一物質（多為強者取代弱者的地位))的作甩我國電力資源非常豐富，而石油資源相對緊缺，壓縮空氣動力汽車是對電力能源很好的二次利用，符合我國目前和將來能源結構調整的大趨勢。
　　5結論壓縮空氣動力汽車是不同于內燃機汽車及各種電動汽車的一種全新的“零污染”汽車壓縮空氣動力汽車原理上是可行的，其結構簡單造價低廉，同時符合環境(environment)保護、節約(jié yuē)資源的可持續發展戰略（strategy）
　　壓縮(compression)空氣動力(dòng lì)汽車技術上優勢明顯，壓縮空氣來源方便，能量儲存方式優于電氣、液壓（hydraulic)等其它方式。昆山空壓機保養冷卻水通過管道進入空壓機中間冷卻器對一級壓縮排出的氣體進行冷卻降溫，再進入后冷器對排氣進行冷卻，另一路冷卻水進水管道經過主電機上部的兩組換熱器冷卻電機繞組，還有一路對油冷卻器進行冷卻。
　　氣動汽車發動機的研究思路可以沿用現有的汽車技術，氣動控制及氣動系統實現已是成熟技術，相關(related)的高壓氣動控制元件技術上也是可行的。車行駛里程之間有最優匹配參數，而壓縮空氣能可以預計，壓縮空氣動力汽車在通用場合和量使用(use)率Z是最大的變數，發動機結構(優化（optimalize）、能量特殊領域都能得到廣泛的應甩注塑制品翹曲變形數值分析模型一一郭志英阮雪榆李德群文章編號：1004-13X（2002）17-1515-03注塑制品翹曲變形數值分析模型郭志英博士郭志英阮雪榆李德群曲變形有限元模擬數學模型，并對模擬結果進行實驗驗證，證明了翹曲變形模型及分析軟件的正確性注塑成形是批量生產塑料制品的首選方法。
　　但如何減少、防止制品成形中時常發生的翹曲現象，是經常困擾工程師的一大難題而僅僅依靠傳統的經驗技術訣竅和不斷嘗試的方法，仍不能有效地解決問題因此，將CAE技術應用于注塑成形，進行翹曲變形預測，以優化產品、模具設計和注塑成形工藝參數設置，從而提高生產效率和成形質量(quality)，是解決翹曲變形問題的新思路。
　　1翹曲變形有限元分析模型注塑制品成形過程中可能形成多種殘余應力，其應力-應變本構方程為均勻冷卻過程所產生的殘余應力；為由于模具排氣或制品被頂出時可能產生的應力；為制品出模后繼續冷卻至室溫(temperature)時產生的熱應變利用虛功原理=ITdV++Fi++體積；為位移；為制品出模后繼續冷卻所產生熱應力的等效熱載荷；為流動殘余應力所形成的等效載荷；為模具內不均勻冷卻所產生溫度應力的等效載荷；為出模時受到不均勻推力而可能產生的載荷且有胡小軍，董明晶蔣書運等。飛輪儲能技術的新進程夕明，孫逢春。電動(electric)汽車能量存儲技術概況。電（編輯蘇衛國）體傳動及控制國家(country)重點實驗室博士后研究人員(personnel)。研究方向(direction)為氣壓伺服系統、氣液聯控伺服系統及其控制策略、氣動汽車。發表論文10余篇1收穡日期：2001- 0一基金項目：國家自然科學基金資助項目（59975032）；國家211工程資助項目