發(fā)布時間：2020-06-08 02:13

【摘要】： 高速發(fā)展的現(xiàn)代社會對汽車交通運輸需求日益增長，而作為其主要燃料的石油資源儲量日益衰竭，人們開始尋求能夠替代石油來驅(qū)動汽車運行的新型能源。在潛在替代能源中，氫燃料電池作為一種完全清潔、高效且來源廣泛的能源成為當(dāng)前研究熱點。 燃料電池用空氣壓縮機是車用燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)中的重要部件之一，它將環(huán)境大氣中的氧氣提升至一定壓力，輸送給燃料電池反應(yīng)堆，并與儲備氫氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能和水；空氣壓縮機的驅(qū)動能源來源自燃料電池反應(yīng)堆，空氣壓縮機和燃料電池反應(yīng)堆形成互為依賴的關(guān)系，因此空氣壓縮機的工作特性對車載燃料電池發(fā)動機具有顯著影響。本文以國家“863”高科技研究發(fā)展計劃資助項目“燃料電池用空氣壓縮機的研制”(2003AA501360，2001AA501042)為依托，，詳細地分析了加壓型和中壓型兩類具有不同工作原理空氣壓縮機工作方式和能源轉(zhuǎn)換特點，引入有效能分析方法對加壓型空氣壓縮機壓縮過程中的各種能量損失源進行對比研究，對中壓型空氣壓縮機二次流動進行了深入分析，并探索了環(huán)量分布和二次流動之間的關(guān)系；在研究中壓型空氣壓縮機能量損失特點基礎(chǔ)上，發(fā)展了一種指定環(huán)量方法的中壓型空氣壓縮機葉片設(shè)計方法。在研究過程中，研制了多臺車載燃料電池空氣壓縮機，并進行相應(yīng)臺架試驗，從而驗證了數(shù)學(xué)模型和理論分析。 論文主要研究內(nèi)容如下： 第一章論述了研究課題的來源和意義，闡述了空氣壓縮機在燃料電池反應(yīng)堆中的作用，并對國內(nèi)外車載燃料電池空氣壓縮機的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行了綜述，最后提出了本文所要進行的主要研究內(nèi)容。 第二章以噴水單螺桿壓縮機為代表，研究了燃料電池用加壓型空氣壓縮機的工作原理，針對其工作過程建立了完善的數(shù)學(xué)模型，模型中考慮了氣體泄漏和換熱效果。該該數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，探索了壓縮機工作轉(zhuǎn)速變化對其工作性能的影響；研究了噴水量變化對氣體狀態(tài)的影響。研究結(jié)果表明提高壓縮機的工作轉(zhuǎn)速是研制小體積、大流量燃料電池用空氣壓縮機有效途徑。 第三章通過計算流體力學(xué)方法對以渦輪式壓縮機為代表的燃料電池用中壓型空氣壓縮機的壓縮過程進行仿真研究，重點分析了設(shè)計工作轉(zhuǎn)速下隨著背壓變化，葉道間氣體流動狀態(tài)相應(yīng)改變；仿真結(jié)果表明小尺度渦輪壓縮機能夠合適的工作轉(zhuǎn)速條件下提供燃料電池反應(yīng)堆所需要的壓縮空氣。 第四章在前兩章壓縮機數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，從質(zhì)量、體積、流量-壓力特性曲線方面對加壓型、中壓型燃料電池用空氣壓縮機進行比較研究。引入有效能方法將加壓型壓縮機軸功損失細分為四種物理過程，分別是不可逆?zhèn)鳠�、絕熱節(jié)流、流體混合以及外泄漏，并對不同工況下這四種軸功損失變化進行了詳細討論；分析了渦輪式壓縮機中二次流動所造成的損失，定性地探索了葉片表面環(huán)量分布對二次流抑制作用。 第五章提出一種基于渦片理論的低速低壓比渦輪式壓縮機葉面設(shè)計方法，該方法以葉片子午面上環(huán)量分布作為設(shè)計條件，通過平均流函數(shù)方程和周期諧次勢函數(shù)方程來計算由該環(huán)量所誘導(dǎo)產(chǎn)生的葉道間速度場，進而使用葉片和速度相切條件獲得改進葉片，經(jīng)過上述步驟的迭代計算，得到收斂葉片中型面。將該設(shè)計方法應(yīng)用于原有燃料電池空氣壓縮機的優(yōu)化，數(shù)值仿真結(jié)果表明新葉輪絕熱效率有所提高。 第六章建立了大功率空氣壓縮機性能測試臺。設(shè)計制造了多臺車載燃料電池空氣壓縮機，在測試臺架上進行了試驗研究，試驗結(jié)果與理論分析結(jié)果基本符合。 第七章對全文進行總結(jié)并對后續(xù)工作給出展望。
【圖文】：

以下兩個明顯的優(yōu)勢碑7一30]:l)氧分壓決定了燃料電池的功率密度。圖1.2顯示了在不同空氣壓力下燃料電池輸出電流密度和輸出電壓之間的關(guān)系。在相同電流密度下，隨著供氣壓力的提高，電池的輸出~1、O翻川一之O成沛一36動飾0.弓，啟1.弓電流密度刀.‘2圖1.2不同空氣壓力電流密度和電壓曲線

TIVM結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：TH45

【引證文獻】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 劉昊;空氣動力發(fā)動機的探索性研究[D];浙江大學(xué);2004年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 趙前程;燃料電池車用高頻逆變系統(tǒng)的諧波分析與抑制[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2012年

2 田方圓;空氣捻接器氣體驅(qū)動機構(gòu)運動特性分析研究[D];浙江理工大學(xué);2013年

本文編號：2702374