燃料电池有轨电车电池箱设计及辅机舱温度场分析

发布时间：2017-08-24 17:22

  本文关键词：燃料电池有轨电车电池箱设计及辅机舱温度场分析

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【摘要】：随着人们对有轨电车技术的研究,燃料电池有轨电车成为研究的重点,使得有轨电车可以像内燃机一样完全摆脱牵引供电系统。而燃料电池箱是燃料有轨电车的动力来源,燃料电池箱性能的优良与否、质量可靠与否直接影响到燃料电池有轨电车的正常行车。因此,设计出一套合格的燃料电池箱是至关重要的。本课题的研究对象是自主设计的燃料电池箱,应用于燃料电池有轨电车上。针对燃料电池箱的设计目标和使用环境,提出了设计要求、设计原则和设计内容,并说明了设计的步骤以及设计中应注意的问题。在此基础上,进行燃料电池箱各部件的设计,设计出一套完整的燃料电池箱。针对已经设计完成的燃料电池箱,基于有限元方法,完成其有限元模型的建立。利用Hyperwork软件分析了燃料电池箱体在8种不同工况下的强度情况,得到了应用分布云图。从仿真结果中可以看出,在8种工况下,它们的最大应力均小于许用应力,即燃料电池箱体完全符合强度需求。考虑到燃料电池箱体中的辅机舱空间狭窄、安装的器件较多、布局密集且器件散热量较多。本文还建立了辅机舱内空气流动与换热的物理和数学模型,具体描述了一些常用的湍流模型和它们的应用场合。以此为基础,利用FLUENT软件,采用SIMPLE算法对辅机舱内的温度场进行稳态分析,得到温度分布云图和速度分布云图,并将得到的仿真结果与实验结果进行对比,校验得出仿真模型的合理性。在辅机舱温度场稳态分析的基础上,根据燃料电池的电流变化曲线,编写UDF函数,利用FLUENT软件对辅机舱温度场进行瞬态分析,得到辅机舱内的温度随时间变化的曲线及不同时间点的温度分布云图。通过仿真结果与实验结果的对比,验证了瞬态仿真模型的准确性。
【关键词】：燃料电池箱 辅机舱 强度分析 FLUENT软件 温度场分析
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U482.1
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 选题的背景及研究意义11-14
• 1.1.1 选题的背景11-12
• 1.1.2 研究意义12-14
• 1.2 研究现状14-17
• 1.2.1 电池箱的研究现状14-15
• 1.2.2 数值计算方法的研究现状15-17
• 1.3 本文主要研究内容17-18
• 第2章 燃料电池箱结构设计18-28
• 2.1 设计燃料电池箱的基本要求、基本内容以及遵守的原则18-20
• 2.1.1 燃料电池箱的设计要求18-19
• 2.1.2 燃料电池箱的设计原则19
• 2.1.3 燃料电池箱的设计内容19-20
• 2.2 燃料电池箱的设计步骤20-21
• 2.3 设计燃料电池箱时应注意的事项21
• 2.4 燃料电池箱各部件的设计21-25
• 2.4.1 燃料电池箱体框架的设计22
• 2.4.2 燃料电池箱体面板的设计22-23
• 2.4.3 燃料电池箱盖的设计23-24
• 2.4.4 燃料电池箱内其他部件的设计24
• 2.4.5 燃料电池箱空间位置的校核24-25
• 2.5 燃料电池箱示例25-27
• 2.6 本章小结27-28
• 第3章 燃料电池箱体的强度分析28-44
• 3.1 有限元法简介28
• 3.2 Hyperworks软件介绍28-29
• 3.3 燃料电池箱体有限元模型的建立29-33
• 3.3.1 燃料电池箱体几何模型的导入29-30
• 3.3.2 三维几何模型的简化30-31
• 3.3.3 网格划分31-32
• 3.3.4 载荷的确定32-33
• 3.3.5 强度评定办法33
• 3.4 燃料电池箱体强度分析结果33-43
• 3.4.1 燃料电池箱体框架强度计算结果34-37
• 3.4.2 脚架强度计算结果37
• 3.4.3 箱体面板强度计算结果37-43
• 3.4.4 结论43
• 3.5 本章小结43-44
• 第4章 辅机舱温度场的稳态分析44-61
• 4.1 流体力学模型的建立44-46
• 4.1.1 质量守恒方程44-45
• 4.1.2 动量守恒方程45
• 4.1.3 能量守恒方程45-46
• 4.2 FLUENT软件介绍46-48
• 4.2.1 FLUENT的求解技术47
• 4.2.2 FLUENT分析的操作过程47-48
• 4.3 FLUENT数值分析过程48-59
• 4.3.1 辅机舱三维模型的简化48-50
• 4.3.2 网格划分50-51
• 4.3.3 网格质量评估51
• 4.3.4 模型的选择51-52
• 4.3.5 材料属性的设置52
• 4.3.6 边界条件的设置52-56
• 4.3.7 调节控制参数并进行求解56
• 4.3.8 仿真结果56-59
• 4.4 实验验证59-60
• 4.5 本章小结60-61
• 第5章 辅机舱温度场的瞬态分析61-73
• 5.1 UDF的基本理论与应用61-62
• 5.1.1 UDF的基本理论61
• 5.1.2 UDF的应用61-62
• 5.2 辅机舱温度场的瞬态计算62-64
• 5.2.1 空压机入口处边界条件的设置62
• 5.2.2 水泵进出管热边界条件的设置62-63
• 5.2.3 空压机热边界条件的设置63-64
• 5.2.4 变频器热边界条件的设置64
• 5.2.5 求解计算64
• 5.3 仿真结果64-67
• 5.4 实验分析67-72
• 5.5 本章小结72-73
• 结论73-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-79
• 附录79-82

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本文编号：732569