无油涡旋空气压缩膨胀一体机性能测试系统设计

发布时间：2017-08-03 02:14

  本文关键词：无油涡旋空气压缩膨胀一体机性能测试系统设计

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【摘要】：在化石能源危机以及环境问题日益凸显的背景下,燃料电池在汽车领域的应用已经越来越受到大家追捧,而无油涡旋压缩膨胀一体机是燃料电池中一个关键部件。常温常压空气经压缩端压缩得到高温高压气体,提高氧气含量,增加燃料电池的发电功率。同时高温高压尾空气通过导热油系统回收热能之后,再通过无油压缩膨胀一体机膨胀,回收高压尾气的能量,驱动压缩涡轮为燃料电池进气增压,最大限度提高能量利用率。为了对无油涡旋空气压缩膨胀一体机的工作性能进行研究,首先主要介绍了涡旋机械的几何基础,以圆渐开线为涡旋型线分析了涡旋机械的工作原理,详细列出了涡旋盘的几何参数,并且详细分析一体机膨胀定盘、动盘、压缩定盘的设计特点。接着详细分析了涡旋压缩机的工作性能以及温度、排气压力、体积流量等参数变量之间的变化规律。同时采用热力学仿真模型,给出了压缩机壁面温度、功率、体积流量、排气温度的计算公式。在考虑传热、泄漏等因素的前提下,计算出压缩机工作容腔内的温度、压力变化规律,为后续涡旋压缩膨胀一体机的设计与实验测试系统做好理论准备。其次,在理论研究的基础上,设计了一套针对于涡旋空气压缩膨胀一体机的测试系统,其中各大部件包括气源部件、进气压力控制部件、流量调节阀、流量测量部件、空气加热器、功率表、数据采集系统以及传感器等。本课题组从检测范围、测量精度、操作难易程度、性价比等方面因素考虑,对每一个部件都给出了选型依据以及应用介绍,详细列出了各个部件的工作参数表。精确测控管道中的进气压力、进气温度、体积流量等参数变量。同时采用研华公司生产的ADAM系列数据采集卡,实时记录实验测试系统中各参数值,通过实验数据来真实检验涡旋空气压缩膨胀一体机的能量回收效率。
【关键词】：燃料电池 涡旋型线 热力学 测试系统 选型依据
【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
• ABSTRACT4-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题来源及意义9-10
• 1.2 涡旋式机械的发展及其测试技术背景10-12
• 1.2.1 涡旋机械的发展历程10-11
• 1.2.2 气体动力膨胀技术的研究现状11-12
• 1.2.3 涡旋机械性能测试技术的发展现状12
• 1.3 本文的研究目标及结构安排12-14
• 第2章 涡旋式机械的基本理论14-23
• 2.1 涡旋机械的几何基础14-17
• 2.1.1 涡旋型线的构成原则14-15
• 2.1.2 圆渐开线涡旋型线15-16
• 2.1.3 涡旋盘的几何参数16-17
• 2.2 涡旋压缩机构成基础17-18
• 2.2.1 动涡旋盘17
• 2.2.2 静涡旋盘17-18
• 2.3 涡旋压缩膨胀一体机构成基础18-21
• 2.3.1 涡旋动盘19-20
• 2.3.2 压缩定盘20-21
• 2.3.3 膨胀定盘21
• 2.4 本章小结21-23
• 第3章 涡旋压缩机工作性能研究23-30
• 3.1 涡旋压缩机的工作循环23-24
• 3.1.1 理论工作循环23
• 3.1.2 实际工作循环23-24
• 3.2 转速对涡旋压缩机排气温度的影响24-25
• 3.3 涡旋压缩机体积流量的影响因素25-27
• 3.3.1 涡旋压缩机的泄漏分析25
• 3.3.2 径向泄漏25-26
• 3.3.3 切向泄露26
• 3.3.4 转速对涡旋压缩机体积流量的影响26-27
• 3.4 排气压力对涡旋压缩机功率的影响27-28
• 3.5 本章小结28-30
• 第4章 涡旋压缩机工作过程的热力学分析30-43
• 4.1 热力学仿真模型30-34
• 4.1.1 基本热力学模型30-32
• 4.1.2 体积变化模型32
• 4.1.3 传热模型32-34
• 4.2 热力学计算34-39
• 4.2.1 涡旋压缩机容腔及工作过程34-35
• 4.2.2 壁面温度及数据处理35-36
• 4.2.3 功率、体积流量、排气温度计算36-37
• 4.2.4 热力学计算过程37-39
• 4.3 对比验证分析39-41
• 4.3.1 体积流量、排气温度曲线39-40
• 4.3.2 压缩腔热力学过程分析40-41
• 4.4 本章小结41-43
• 第5章 涡旋空气压缩膨胀一体机测试系统方案设计43-62
• 5.1 测试系统硬件总体设计43-45
• 5.2 膨胀机测试平台硬件总成45-53
• 5.2.1 气源调节输出45
• 5.2.2 进气压力控制45-47
• 5.2.3 进气流量调节47-48
• 5.2.4 进气体积测量48-51
• 5.2.5 进气温度控制51-53
• 5.3 压缩机测试平台硬件总成53-54
• 5.3.1 进出口气体温度、压力测量53
• 5.3.2 排气部分的控制53
• 5.3.3 选择管道通径53-54
• 5.4 实验数据采集系统54-58
• 5.4.1 功率测量54-56
• 5.4.2 ADAM数据采集模块56-58
• 5.5 实验操作规范58-61
• 5.5.1 实验验证59-60
• 5.5.2 实验操作步骤60-61
• 5.6 本章小结61-62
• 第6章 结论与展望62-64
• 6.1 结论62-63
• 6.2 进一步工作的方向63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-68
• 攻读学位期间的研究成果68

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本文编号：612212