燃料电池车用空气增压系统设计与优化
发布时间：2021-02-19 20:28
随着石油资源日益枯竭以及环境污染的日益严重,人们开始了对清洁新能源的探寻,而质子交换膜燃料电池以其能量转换率高、零污染排放、运行噪声低等优势引起了学者们的广泛研究。然而,由于生产成本偏高等因素,燃料电池系统难以大范围应用。空气增压系统,作为燃料电池阴极供气系统的重要子系统,寄生功耗较大,约占燃料电池辅助功耗的80%,其性能直接影响燃料电池系统效率。因此,本文设计了一套低功耗的燃料电池车用空气增压系统,以利于燃料电池系统的推广使用。论文的主要研究内容如下:（1）设计一套配有膨胀机,能够回收电堆尾气能量的空气增压系统,并根据需求进行压缩机与膨胀机的设计。通过压缩机与膨胀机流体域的数值模拟,表明所设计的压缩机和膨胀机均能满足额定工况的要求。根据设计的压缩机与膨胀机结构,配置高速电机,完成了空气增压系统结构设计。（2）研究压缩机叶片入口安装角、叶片出口安装角、叶片包角、叶片型线以及扩压器出口直径对其性能的影响。以功耗最低为目标,运用Kriging近似模型结合灰狼优化算法,对压缩机进行多参数同时优化。结果表明,优化后的离心空压机在满足额定工况要求的情况下,等熵效率提升了4.23%,功耗降低了5....
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 燃料电池阴极系统
1.3 燃料电池空压机研究现状
1.4 离心压缩机多参数优化
1.5 本文的研究内容
第2章 燃料电池车用空气增压系统的设计
2.1 引言
2.2 离心式压缩机结构设计
2.2.1 压缩机叶轮结构设计
2.2.2 压缩机扩压器与蜗壳设计
2.3 压缩机三维建模与数值模拟
2.3.1 压缩机三维建模
2.3.2 数值模拟方法
2.3.3 网格划分与边界设置
2.3.4 数值模拟结果与流场分析
2.4 透平膨胀机结构设计与数值模拟
2.4.1 膨胀机喷嘴环与叶轮结构设计
2.4.2 膨胀机三维建模
2.4.3 膨胀机数值模拟与流场分析
2.5 系统总体结构设计
2.6 本章小结
第3章 离心式压缩机多参数优化
3.1 引言
3.2 离心式压缩机气动性能影响因素探究
3.2.1 叶片入口安装角的影响
3.2.2 叶片出口安装角的影响
3.2.3 叶片包角的影响
3.2.4 叶片型线的影响
3.2.5 扩压器出口直径的影响
3.3 多参数优化方法和流程
3.3.1 最优拉丁超立方实验设计方法
3.3.2 sKriging近似模型原理
3.3.3 灰狼优化算法
3.4 多参数优化在离心压缩机上的应用
3.4.1 多参数优化自动化平台搭建
3.4.2 基于Kriging—灰狼算法的压缩机多参数优化
3.5 本章小结
第4章 转子系统动力学分析与实验设计
4.1 引言
4.2 叶轮应力分析
4.2.1 叶轮热流固单向耦合计算流程
4.2.2 叶轮建模与网格划分
4.2.3 叶轮温度场分析
4.2.4 叶轮结构强度分析
4.3 轴承止推力校核
4.4 转子系统模态分析
4.4.1 模态分析原理
4.4.2 模态分析
4.5 实验设计
4.5.1 实验装置与流程
4.5.2 实验测量系统
4.6 本章小结
第5章 总结与展望
5.1 全文工作总结
5.2 研究展望
参考文献
作者简介及攻读硕士学位期间论文发表情况
作者简介
攻读硕士学位期间论文发表情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]摆脱依赖进口局面,燃料电池空压机实现中国制造[J]. 张颖. 汽车与配件. 2019(06)
[2]Global Search of a Three-dimensional Low Solidity Circular Cascade Diffuser for Centrifugal Blowers by Meta-model Assisted Optimization[J]. Daisaku Sakaguchi,Daiki Sakue,Min Thaw Tun. Journal of Thermal Science. 2018(02)
[3]中国燃料电池汽车发展问题研究[J]. 刘宗巍,史天泽,郝瀚,赵福全. 汽车技术. 2018(01)
[4]燃料电池汽车及其发展前景[J]. 赵东江,马松艳. 绥化学院学报. 2017(05)
[5]我国燃料电池汽车及用氢发展现状浅析[J]. 刘佳,周强. 太阳能. 2017(04)
[6]燃料电池车用离心压缩机窄带啸叫噪声实验测试与分析[J]. 韦开君,左曙光,吴旭东,万玉,许思传. 振动与冲击. 2017(07)
[7]可调低稠度扩压器对提升离心压缩机气动性能的数值研究[J]. 韦开君,左曙光,吴旭东,聂玉洁. 工程热物理学报. 2017(02)
[8]异步电机定子模态分析[J]. 刘丹仲. 传动技术. 2016(03)
[9]燃料电池车用空气压缩机发展现状及趋势[J]. 鲍鹏龙,章道彪,许思传,万玉. 电源技术. 2016(08)
[10]Kriging模型及代理优化算法研究进展[J]. 韩忠华. 航空学报. 2016(11)
博士论文
[1]高速水润滑轴承电动离心式空压机关键技术研究[D]. 任天明.北京科技大学 2017
硕士论文
[1]机械密封用泵效环流场模拟及特性研究[D]. 万恣华.西华大学 2019
[2]复合材料圆柱薄壁铰链折展性能分析及优化[D]. 张赢杰.东南大学 2019
[3]气浮直驱高速离心风机关键技术研究[D]. 骆文平.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3041644
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 燃料电池阴极系统
1.3 燃料电池空压机研究现状
1.4 离心压缩机多参数优化
1.5 本文的研究内容
第2章 燃料电池车用空气增压系统的设计
2.1 引言
2.2 离心式压缩机结构设计
2.2.1 压缩机叶轮结构设计
2.2.2 压缩机扩压器与蜗壳设计
2.3 压缩机三维建模与数值模拟
2.3.1 压缩机三维建模
2.3.2 数值模拟方法
2.3.3 网格划分与边界设置
2.3.4 数值模拟结果与流场分析
2.4 透平膨胀机结构设计与数值模拟
2.4.1 膨胀机喷嘴环与叶轮结构设计
2.4.2 膨胀机三维建模
2.4.3 膨胀机数值模拟与流场分析
2.5 系统总体结构设计
2.6 本章小结
第3章 离心式压缩机多参数优化
3.1 引言
3.2 离心式压缩机气动性能影响因素探究
3.2.1 叶片入口安装角的影响
3.2.2 叶片出口安装角的影响
3.2.3 叶片包角的影响
3.2.4 叶片型线的影响
3.2.5 扩压器出口直径的影响
3.3 多参数优化方法和流程
3.3.1 最优拉丁超立方实验设计方法
3.3.2 sKriging近似模型原理
3.3.3 灰狼优化算法
3.4 多参数优化在离心压缩机上的应用
3.4.1 多参数优化自动化平台搭建
3.4.2 基于Kriging—灰狼算法的压缩机多参数优化
3.5 本章小结
第4章 转子系统动力学分析与实验设计
4.1 引言
4.2 叶轮应力分析
4.2.1 叶轮热流固单向耦合计算流程
4.2.2 叶轮建模与网格划分
4.2.3 叶轮温度场分析
4.2.4 叶轮结构强度分析
4.3 轴承止推力校核
4.4 转子系统模态分析
4.4.1 模态分析原理
4.4.2 模态分析
4.5 实验设计
4.5.1 实验装置与流程
4.5.2 实验测量系统
4.6 本章小结
第5章 总结与展望
5.1 全文工作总结
5.2 研究展望
参考文献
作者简介及攻读硕士学位期间论文发表情况
作者简介
攻读硕士学位期间论文发表情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]摆脱依赖进口局面,燃料电池空压机实现中国制造[J]. 张颖. 汽车与配件. 2019(06)
[2]Global Search of a Three-dimensional Low Solidity Circular Cascade Diffuser for Centrifugal Blowers by Meta-model Assisted Optimization[J]. Daisaku Sakaguchi,Daiki Sakue,Min Thaw Tun. Journal of Thermal Science. 2018(02)
[3]中国燃料电池汽车发展问题研究[J]. 刘宗巍,史天泽,郝瀚,赵福全. 汽车技术. 2018(01)
[4]燃料电池汽车及其发展前景[J]. 赵东江,马松艳. 绥化学院学报. 2017(05)
[5]我国燃料电池汽车及用氢发展现状浅析[J]. 刘佳,周强. 太阳能. 2017(04)
[6]燃料电池车用离心压缩机窄带啸叫噪声实验测试与分析[J]. 韦开君,左曙光,吴旭东,万玉,许思传. 振动与冲击. 2017(07)
[7]可调低稠度扩压器对提升离心压缩机气动性能的数值研究[J]. 韦开君,左曙光,吴旭东,聂玉洁. 工程热物理学报. 2017(02)
[8]异步电机定子模态分析[J]. 刘丹仲. 传动技术. 2016(03)
[9]燃料电池车用空气压缩机发展现状及趋势[J]. 鲍鹏龙,章道彪,许思传,万玉. 电源技术. 2016(08)
[10]Kriging模型及代理优化算法研究进展[J]. 韩忠华. 航空学报. 2016(11)
博士论文
[1]高速水润滑轴承电动离心式空压机关键技术研究[D]. 任天明.北京科技大学 2017
硕士论文
[1]机械密封用泵效环流场模拟及特性研究[D]. 万恣华.西华大学 2019
[2]复合材料圆柱薄壁铰链折展性能分析及优化[D]. 张赢杰.东南大学 2019
[3]气浮直驱高速离心风机关键技术研究[D]. 骆文平.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3041644
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3041644.html
