车用燃料电池空压机叶轮多工况气动优化设计

针对燃料电池离心空压机工况多变、过高压比导致燃料电池系统寄生功率过大的问题,基于参数化建模、拉丁超立方抽样、径向基函数神经网络和多目标灰狼优化算法,提出了多目标多工况带约束的燃料电池空压机叶轮气动优化设计方法,自主开发数值程序实现了气动优化的完整设计流程。以某两级燃料电池离心空压机叶轮为优化对象,采用拉丁超立方抽样获得叶轮关键设计变量的样本空间,基于自主流场分析程序计算叶轮样本对应的气动性能目标参数,在此基础上运用神经网络程序建立流场分析代理模型,以设计工况效率及非设计工况效率和压比为目标、设计压比为约束,运用多目标灰狼算法程序进行了叶轮气动设计的多工况多目标全局寻优。计算结果表明,拉丁超立方抽样实现了样本点在设计变量空间的均匀分布,运用神经网络建立的代理模型能够准确描述设计变量与性能目标间的映射关系,与流场计算所得性能目标的最大误差均小于1%,寻优计算获得了设计压比约束下的最优效率及相应的叶轮型线,优化后设计和非设计工况点的叶轮流场低速区减小、熵增降低,两级叶轮设计工况点的等熵效率分别提高2.2%和2%,非设计工况点的效率分别提高2.9%和2.2%。     

基于流场分析的离心泵优化设计

为了提高离心泵的效率和降低汽蚀发生率,以离心泵的叶轮为研究对象,通过CFturbo软件建立三维模型,采用PumpLinx软件模拟其内部流场数值,通过正交试验和极差分析法,研究多个参数对效率及汽蚀的影响,得到最优的参数组合。优化后离心泵的效率提高了4.088％,汽蚀性能得到了明显改善。     

质子交换膜燃料电池空压机系统与能流分析

首先,从质子交换膜燃料电池电堆阴极的需求对空压机出口压力、流量进行理论分析;然后,根据能量守恒原则从整体上对质子交换膜燃料电池供气系统中双螺杆压缩机的能流进行分析。通过分析可知:空气供给系统电机的控制与电机特性、压缩机特性、电机的转速、电堆控制输出对象均密切相关。     

车用燃料电池空压机高速高温转子结构强度分析

针对燃料电池空压机转子设计中存在结构强度和温升破坏风险,通过有限元建模仿真方法,剖析了护套与永磁体间过盈量、护套厚度以及转轴空心孔内径等关键参数对转子受力的影响。结果表明,增加过盈量和护套厚度有利于提升转子强度;同时增大护套厚度并减小空心孔半径有利于转子最高许用工作温度提升;护套和永磁体的应力极值主要受最高温度的影响。     

微型燃料电池流场板研究进展

在环境污染日益严重的今天,作为清洁能源的燃料电池受到越来越多的关注.为了适应便携式设备的需求,燃料电池的微型化成为发展趋势.在微型燃料电池的诸多关键技术中,流场板结构及其加工成为主要困难之一.本文介绍了微型燃料电池的工作原理,探讨了包括流场板形状、微沟道尺寸和流场板开孔率等方面的流场板结构对微型燃料电池性能的影响,综述了基于MEMS技术的微流场板加工工艺.     

质子交换膜燃料电池双极板流场分析

质子交换膜燃料电池双极板的流道设计影响反应气体的分布均匀性及流道阻力,进而影响燃料电池性能。通过CFD技术对四种常见的流道设计,包括平行流道、网格流道、蛇形流道、螺旋流道,进行流场分析,比较不同流道设计的双极板的传质面积、气体分布均匀性及流道阻力。在不考虑加工复杂度的前提下,双极板为单流道时采用网格流道性能较佳,多流道时采用螺旋流道性能较佳。     

燃料电池用水润滑电动离心式空压机的研发

提出了一种以水润滑动静压轴承为支撑、永磁同步电机驱动的高速离心式空气压缩机解决方案.在结构上实现了水润滑与永磁电机的融合,满足了燃料电池系统对空压机无油、高效的要求.在对空压机转子系统进行动力学优化的基础上,研究了不同结构浅腔动静压轴承的水膜稳定性,进而研发出空压机原理样机,空压机样机在6×104r/min时可提供350kg/h,压力比为1.52的压缩空气,整体效率接近80%,实现了高速稳定运行,验证了设计方案的可行性.      

涂型吸波材料的优化设计及偏差分析

通过对涂型吸波材料内电磁波传输损耗机理的细致研究,提出了单涂层吸波材料优化设计的两项原则－ 研究了一系列相关参数间的作用规律－ 通过分析说明这两项设计原则可具体指导单涂层结构设计－ 最后得出了涂层介质参量在偏离匹配条件的前提下对涂层吸收性能影响的偏差研究结果－ 图２,参５－     

燃料电池离心式空压机性能衰减特性试验研究

为了获取燃料电池空压机性能衰减特性、提高其使用寿命,针对一款自主开发的燃料电池空压机开展了耐久性试验研究.结合燃料电池汽车实际道路循环工况特征,构建了一种接近真实道路循环工况的空压机寿命测试工况,并开展了4 000 h的空压机耐久性试验,采集了不同磨合时间段的空压机性能与运行参数.通过耐久试验数据分析,明确了空压机性能衰减规律及其影响因素.除磨合时间外,空压机性能衰减主要受转速和压力的影响,其中压力衰减随转速增加而增大,衰减速度随磨合时间增加先快后慢;空气流量衰减对转速和压力均很敏感,衰减速度随磨合时间基本保持不变.磨合4 000 h后,在额定工况下空压机的出口压力和空气流量衰减最大分别达到7.5%和29.7%.     

燃料电池车用超高速空压机永磁体结构强度研究

针对大功率燃料电池系统高速空压机转子永磁体离心拉应力破坏,采用解析法计算了额定转速时护套与永磁体间过盈量的大小及应力,采用有限元方法建立二维轴对称模型,计算了永磁体和护套内的应力分布,对比解析法与有限元方法的准确性.基于有限元法研究了温升和护套材料对永磁体应力的影响,结果表明,解析法和有限元法计算的各应力的相对误差不超过2.5％,而影响因素中转速和温升均会造成永磁体应力的显著提升,需要增大过盈量对转子永磁体保护.碳纤维护套相比合金护套可以至少降低42.1％的永磁体应力,且在高温工况下的效果更为显著.降低转速、增大装配过盈量以及改善转子冷却均能有效优化结构强度,而复合材料护套相比钢护套更适用于保护永磁体.     

微型直接甲醇燃料电池流场板内多相流动分析

针对微型直接甲醇燃料电池,运用多孔介质理论建立了微型直接甲醇燃料电池流场板内含电化学反应的、毛细力驱动下的微通道内多相流动的传输模型;计算并分析了流场板内微通道尺寸、功率密度等重要参数对毛细力驱动下微通道中多相流动的传输特性的影响,以及流场板内微通道尺寸对电池性能的影响.结果表明:微通道内液相饱和度随通道宽度和高度的增加而增大,随节距和电池功率密度的增加而减小;电池的功率密度随微通道高度和宽度的增加而增大,随节距和长度的增加而减小.     

质子交换膜燃料电池混合流场的研究

质子交换膜燃料电池双极板上流场的设计在很大程度上影响燃料电池的性能.传统燃料电池平行流场虽然结构简单,易于加工,但存在气体分布均匀性不佳,水淹现象严重等问题.本文对传统的平行流场进行改进,设计了一种新型混合流场的质子交换膜燃料电池,并利用Comsol软件对新型混合流场燃料电池的阴极气体浓度、水的摩尔浓度、电流密度进行计算分析.结果表明,混合流场燃料电池在气体分布均匀性、水的去除能力上均优于传统平行流场燃料电池.     

燃料电池空压机涡旋盘均匀载荷应力变形仿真

为了得到燃料电池空气供给无油涡旋空压机运行干涉预判与装配间隙,计算了涡旋盘各压缩腔在一个循环内的容积离散值,得到压缩腔不同主轴转角的温度载荷与压力载荷初值,经过均匀化传热计算得到涡旋盘循环平均温度场与气压场,提出指数分段温度公式作为替代方法简化温度场计算。基于ANSYS有限元分析温度、气压均匀载荷耦合作用下涡旋盘的变形及应力场。仿真结果表明:静盘应力最大值为153.21 MPa,位于涡旋齿始端根部;动盘应力最大值为88.88 MPa,位于涡旋齿终端根部;涡旋齿最大径向修正值为0.092 mm,70%区域的修正值小于0.030 mm,平均值为0.023 9 mm,所有配合面增加0.010 mm附加修正值得到等效径向配合间隙为0.033 9 mm;动、静涡旋盘轴向配合面变形后无干涉,轴向间隙设置为0.010 mm。     

双动力系统燃料电池客车经济性优化设计

以燃料电池大客车为研究对象,根据其经济性、可靠性以及低成本的需求,提出了一种包含两套独立的燃料电池、直流／直流变换器及电机的双驱动动力系统结构形式．该结构在通过动力系统的冗余设计提高整车可靠性的同时,为进一步提高整车经济性的控制方法提供了更为广阔的空间．在此基础上,采用了遗传算法的优化方法,提出了一种双电机转矩优化分配控制策略,并通过路况实验验证了控制策略的有效性．     

基于代理模型的直流道质子交换膜燃料电池优化设计

质子交换膜燃料电池是一种可以将储存在燃料中的化学能转化为电能的装置.应用Kriging代理模型结合遗传算法对流道宽、流道高和岸宽3个几何参数进行了优化设计,以质子交换膜燃料电池的净功率作为优化的目标函数来评价质子交换膜燃料电池的性能.数值模拟应用了商业软件ANSYS FLUENT.优化后的质子交换膜燃料电池流道内具有更高的压力,使更多的反应气体参加电化学反应,因此优化后的质子交换膜燃料电池的性能得到了提高.     

涂层介质参量的优化设计及偏差

通过对涂型吸波材料内电磁波传输损耗机理的研究,提出了单涂层吸波材料优化设计的两项原则．此外,研究了一系列相关参数间的作用规律,讨论了涂层介质参量在偏离匹配条件的前提下对涂层吸收性能的影响,这对研究吸波材料的性质具有一定的意义．     

质子交换膜燃料电池空气流场的优化设计

质子交换膜燃料电池空气流场的合理设计可以使电流密度、气体浓度等均匀分布,有利于提高性能。采用数值模拟与测试相结合的方法,对5种常见的空气流场进行了综合评价。结果显示,模拟结果与测试结果反映的电池性能变化趋势基本相同,性能由低到高依次为:平行流场、网格流场、平行蛇形流场、渐缩流场。串并联流场的模拟和实验结果略有差异。该方法可用于质子交换膜燃料电池空气流场的优化设计。     

质子交换膜燃料电池阳极流场数值模拟及流场板沟槽尺寸优化

采用计算流体动力学(CFD)技术对质子交换膜燃料电池(PEMFC)、阳极燃料气体(H2)流场进行了数值模拟，以最大燃料气体(H2)利用率为目标进行了流场板沟槽尺寸优化．结果表明，当沟槽宽度为1．5mm，脊部宽度为0．5mm和沟槽深度为1．5mm时，燃料气体(H2)的利用率达到最大值84．8％．     

冲压发动机外压式二元进气道优化设计与流场分析

介绍了冲压发动机外压式二元进气道设计方法,基于ModelCenter软件平台,使用遗传算法对外压段压缩楔角进行了优化设计,得到最佳的总压恢复系数;并使用有限体积法、 SST湍流模型对所设计的二元外压式进气道设计状态和非设计状态进行了数值模拟,分析了出口反压及来流马赫数对进气道流场的影响。结果表明,随着反压的增加,进气道结尾正激波位置前移,进气道总压恢复系数增加,出口马赫数减小;随着来流马赫数的增加,进气道总压恢复系数显著降低。     

基于偏差向量的机器人装配系统误差分析

机器人装配系统中，装配误差是影响装配质量的重要因素。在分析了机器人装配过程各种误差的基础上，用偏差向量建立了装配误差的模型。基于刚体运动学原理，研究了装配工夹具的姿态偏差对零件配合面位置偏差的影响，推导了配合件和基础件相应配合面的位置和姿态偏差的计算公式,建立了机器人装配系统零件配合过程的误差分析模型。实例计算表明，该模型物理意义明确，通用性强，是系统评价机器人装配系统装配质量的基础。