燃料电池用无油涡旋压缩膨胀一体机的设计与研究

发布时间：2017-10-20 05:48

  本文关键词：燃料电池用无油涡旋压缩膨胀一体机的设计与研究

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【摘要】：燃料电池汽车是未来新能源汽车的发展方向。但是由于技术和成本方面的因素制约,现在还没有广泛应用。在燃料电池汽车中的各项技术中,车载供气模块是其关键技术之一。而作为供气模块主体的涡旋压缩膨胀一体机,满足燃料电池系统全无油、体积小、噪音低等特点,除此之外,一体机还集成了尾气能量回收装置。本文以某公司燃料电池汽车动力系统项目开发为背景,承担设计一款用于供气和尾能量回收的无油涡旋压缩膨胀一体机的工作。围绕设计目标,开展如下研究工作:在无油涡旋压缩膨胀一体机的技术要求下进行方案分析与设计。理论方面,进行涡旋型线的设计与齿头修正、工作面积容积求解、容积比压力比的求解、动平衡的设计等,并对一体机工作中重要的温度和传热因素进行分析,设计了散热方案。在理论分析的基础上对关键部件进行受力分析,并建立力学模型。结构方面,在技术指标前提下做设计分析和计算,对不同结构进行详细分析,确定各部分的结构形式,确定设计参数,进行完整的结构设计。对一体机中最关键的动、定涡旋盘进行有限元仿真。分析了在特定气体载荷与温度载荷耦合作用下涡旋齿的形变与应力的变化,并在气体、温度载荷变化的情况下,研究其形变的变化规律。被压缩的气体对涡旋齿产生气体力载荷,由气体被压缩、动静盘间的摩擦产生的温度载荷,会引起动盘的热变形与热应力。结果表明,温度载荷是影响涡旋齿变形的主要因素;耦合作用下涡旋齿最大变形发生在涡旋齿头顶部。变形与应力值均在允许范围内。
【关键词】：燃料电池 涡旋压缩机 涡旋盘 ANSYS Workbench
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.722
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 燃料电池汽车发展状况概述8-11
• 1.2 车用燃料电池空压机国内外发展现状11-13
• 1.3 燃料电池汽车能量回收现状13-14
• 1.4 课题主要研究内容14-15
• 第2章 涡旋机械的工作原理与特性15-22
• 2.1 涡旋压缩机、膨胀机的结构与工作原理15-17
• 2.1.1 涡旋压缩机结构与原理15-16
• 2.1.2 涡旋膨胀机结构与原理16-17
• 2.2 涡旋压缩机、膨胀机的特点17-18
• 2.3 涡旋机械的发展与应用18-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第3章 涡旋压缩膨胀一体机理论分析与力学模型22-38
• 3.1 涡旋几何理论22-28
• 3.1.1 涡旋型线与修正22-24
• 3.1.2 图形面积格林公式24-25
• 3.1.3 工作腔容积25-27
• 3.1.4 容积比与压力比27-28
• 3.2 热力分布与传热28-30
• 3.2.1 热传递方式28
• 3.2.2 传热模型28-29
• 3.2.3 热分析边界条件29-30
• 3.2.4 热力学分析假设30
• 3.3 动平衡理论设计30-32
• 3.4 一体机力学模型32-37
• 3.4.1 动涡旋盘力学模型32-35
• 3.4.2 偏心小轴力学模型35-36
• 3.4.3 主轴力学模型36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 涡旋压缩膨胀一体机方案设计38-53
• 4.1 技术要求38-39
• 4.2 设计分析与计算39-45
• 4.2.1 性能指标分析39-40
• 4.2.2 功率计算40-41
• 4.2.3 排气量与温度分析41-42
• 4.2.4 涡旋盘主要结构参数42-43
• 4.2.5 进、排气口面积计算43-45
• 4.3 无油涡旋压缩膨胀一体机结构设计45-50
• 4.3.1 基本结构介绍45-46
• 4.3.2 传动结构46-47
• 4.3.3 防自转机构47-48
• 4.3.4 动定涡旋盘48-49
• 4.3.5 密封设计49-50
• 4.4 设计可行性对比验证50-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第5章 动定涡旋盘形变与应力的有限元分析53-68
• 5.1 有限元分析法与ANSYS Workbench软件53-54
• 5.2 仿真前处理54-59
• 5.2.1 建立三维模型55
• 5.2.2 划分网格55-56
• 5.2.3 新建材料56
• 5.2.4 施加位移约束56-57
• 5.2.5 施加载荷57-59
• 5.3 计算求解59-60
• 5.4 仿真结果与分析60-66
• 5.4.1 气体载荷作用下动定盘变形60-62
• 5.4.2 温度载荷作用下动定盘变形62-63
• 5.4.3 耦合作用下动定盘变形与应力63-65
• 5.4.4 变载荷作用分析65-66
• 5.5 可靠性分析66-67
• 5.6 本章小结67-68
• 第6章 结论与展望68-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-74
• 攻读学位期间的研究成果74

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本文编号：1065591