The invention relates to a method of modeling and flow control for high speed compressor at variable height. In view of the influence of the change of the working height of the high speed centrifugal compressor on the model of the compressor and the flow control of the fuel cell, a method of modeling and controlling the flow rate of the high speed centrifugal compressor at variable height is proposed. First, the model of inlet air pressure and inlet air density of centrifugal compressor at variable height is set up, the static and dynamic model of centrifugal compressor under variable height conditions is established. Based on the static and dynamic model of compressor, the flow of compressor is smooth and tracked with the sliding mode principle of super twisting. The beneficial effect is: the modeling method of centrifugal compressor at variable height takes into account the influence of height change on the model of centrifugal compressor. The flow control method under variable height realizes the smooth control of compressor flow, and reduces the influence of height change on flow fluctuation.
【技术实现步骤摘要】
一种高速压缩机在变高度下的建模及流量控制方法
本专利技术属于一种压缩机的建模及流量控制方法,涉及一种高速压缩机在变高度下的建模及流量控制方法。
技术介绍
质子交换膜燃料电池利用氢气与氧气的电化学反应产生电能,具有零排放、噪音小和效率高的优点,在新能源汽车、航空航天等领域具有较好的发展前景。质子交换膜燃料电池动力飞机和高空飞艇具备运行温度低、易于维护、绿色环保等优点,空气供应子系统通过空气压缩机向质子交换膜燃料电池的阴极提供电化学反应所需的氧气,是燃料电池内部最大的能量消耗子系统,空气供应子系统的性能直接影响燃料电池的效率。高速离心式空气压缩机简称为高速离心压缩机,具有重量轻、噪音小、流量输出连续等优点,从重量与气体流量方面考虑,离心压缩机更适合于燃料电池系统。对于燃料电池动力飞机、高空飞艇等飞行装置而言,离心压缩机工作在变高度的工况环境下,并且随着高度的变化,空气密度、温度、湿度等参数均会发生变化。地面环境下的离心压缩机模型不再适用于变高度的工况条件,变高度条件下离心压缩机模型的建立需要考虑空气密度、温度、湿度及压力的影响,如何在变高度下对离心压缩机进行精确的建模目前在国内处于空白。高度发生变化时,压缩机的流量控制策略也随之改变,压缩机的流量控制特性直接影响到空气供应子系统的性能,进而影响燃料电池的效率,如何在变高度下对离心压缩机的流量进行平稳控制是另一个亟待研究的问题。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处,实现变高度条件下离心压缩机流量的平稳控制,本专利技术提出一种高速压缩机在变高度下的建模及流量控制方法,考虑了在运行高度不断变化的情况 ...
【技术保护点】
一种高速压缩机在变高度下的建模及流量控制方法,其特征在于步骤如下:步骤1、建立变高度下的离心压缩机入口空气压力和入口空气密度模型:高度h≤11000m时,压缩机入口压力模型为
【技术特征摘要】
1.一种高速压缩机在变高度下的建模及流量控制方法,其特征在于步骤如下:步骤1、建立变高度下的离心压缩机入口空气压力和入口空气密度模型:高度h≤11000m时,压缩机入口压力模型为式中,ph为当前高度下的空气压力,p0为海平面空气压力,L为温度递减率,T0为海平面温度,h为海平面以上的高度,h0为大气层底部的高度,R为气体常数,g0为重力加速度,Ma为空气摩尔质量;高度11000m≤h≤20000m时,压缩机入口压力模型为式中,ps为大气层底部压力,hs为大气层底部高度,Ts为大气层底部温度,ps为11000m≤h≤20000m时的值;在变高度下的空气密度模型为式中,Z为压缩因子,Th为空气温度,Mv为水蒸气的摩尔质量,xv为水蒸气的摩尔分数,气体视为理想气体;所述xv和相对湿度有关,表示为:式中,H为空气的相对湿度,pv为水蒸气分压,psv为饱和水蒸气分压,实际计算过程中将相对湿度设定为一个常量;步骤2、依据压缩机的入口空气压力和入口空气密度模型,建立变高度条件下的离心压缩机静态和动态模型:超高速离心压缩机静态模型表征了压缩机的流量、压力和转速之间的关系,静态模型表示为式中,η(ωcp,mcp)为压缩效率,Δhideal为理想比焓,cp为恒定压力下的比热容,cv为恒定体积下的比热容,κ=cp/cv为比热容比;实际气体增加的焓表示为η(ωcp,mcp)Δhideal=Δht-Δhi-Δhf-Δhoth式中,Δht为总的焓增加量,Δhi为冲击损耗引起的焓变,Δhf为摩擦损耗引起的焓变,Δhoth为其他损耗引起的焓变;损耗引起的焓变表示为
【专利技术属性】
技术研发人员:赵冬冬,华志广,谭博,李飞,王西坡,皇甫宜耿,
申请(专利权)人:西北工业大学,
类型:发明
国别省市:陕西,61
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