一种燃料电池车用离心压缩系统喘振预测方法技术方案

本发明专利技术涉及一种燃料电池车用离心压缩系统喘振预测方法，包括：构建燃料电池车用离心压缩机气动性能解析模型，得到离心压缩机压比特性；基于Moore

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池车用离心压缩系统喘振预测方法


[0001]本专利技术涉及离心压缩系统喘振特性研究
，尤其是涉及一种燃料电池车用离心压缩系统喘振预测方法。

技术介绍

[0002]随着燃料电池汽车的商业化推广，燃料电池行业得到了迅速发展。对于燃料电池系统来说，空气压缩机是一个关键零部件，它可以给燃料电池系统提供增压空气，以提升燃料电池堆的效率和比功率。目前，离心压缩机是燃料电池车用空压机的最佳选择之一，因此，主流的车用燃料电池空辅系统采用的大多是离心压缩机。但是离心压缩机在低质量流量工况下容易发生喘振，严重时甚至导致系统损毁，喘振会极大影响离心压缩机的稳定工作范围。离心压缩机不能长时间或频繁在喘振工况下工作，若通过大量试验来研究喘振特性，则必然会给试验人员与设备带来危险。为了研究喘振特性及设计主动喘振控制策略，有必要对燃料电池车用离心压缩系统喘振过程进行预测。
[0003]中国专利CN107924425A提出一种预测压气机中的喘振的方法，可以较准确地预测压气机的喘振边界，但是不能反映压缩系统喘振特性，如压力振荡的频率和振幅，同时该方法需要建立压气机的计算流体力学(CFD)仿真模型进行数值仿真，对计算资源要求极高，难以作为主动喘振控制策略设计的模型基础。中国专利CN110848166A提出了一种轴流压气机喘振频率预测方法，该方法避免了试验测量，它主要针对轴流压气机，该方法的预测结果非常依赖于压缩系统的结构参数，而这些参数的早期确定是很困难的，因此该方法难以准确地预测喘振特性，从而无法用作离心压缩系统主动喘振控制策略设计的模型基础。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池车用离心压缩系统喘振预测方法，以在不依赖大量离心压缩机喘振试验的前提下快速、准确地预测离心压缩系统喘振特性。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池车用离心压缩系统喘振预测方法，包括以下步骤：
[0006]S1、构建燃料电池车用离心压缩机气动性能解析模型，以得到离心压缩机压比特性；
[0007]S2、基于Moore
‑
Greitzer喘振模型，结合步骤S1得到的离心压缩机压比特性，建立离心压缩系统喘振气动力学模型；
[0008]S3、通过试验测量得到离心压缩机喘振工况下的压力振荡，对压力振荡进行快速傅里叶变换，得到喘振频率；
[0009]利用喘振频率对步骤S2建立的喘振气动力学模型进行参数识别；
[0010]对转速以及识别后的参数进行拟合，以得到全转速工况下的离心压缩系统喘振模型；
[0011]S4、将离心压缩机的转速和节流阀开度输入离心压缩系统喘振模型，输出得到对应的动态质量流量和气体压力，即得到喘振预测结果。
[0012]进一步地，所述步骤S1具体是通过构建离心压缩机气动性能解析模型，以得到离心压缩机压比ψ(m
c
,ω)与质量流量m
c
、转速ω的关系。
[0013]进一步地，所述步骤S2具体包括以下步骤：
[0014]S21、根据步骤S1得到的离心压缩机压比特性，建立Moore
‑
Greitzer喘振模型；
[0015]S22、对Moore
‑
Greitzer喘振模型进行修正，得到离心压缩系统喘振气动力学模型。
[0016]进一步地，所述步骤S22具体是考虑离心压缩机不同工况下的出口气体温度对声速的影响、同时在Moore
‑
Greitzer喘振模型中引入离心压缩系统的修正体积，以对Moore
‑
Greitzer喘振模型进行修正。
[0017]进一步地，所述步骤S21建立的Moore
‑
Greitzer喘振模型具体为：
[0018][0019]其中，p
p
为压缩系统容腔压力，p0为外界环境压力，V
p
为压缩系统容腔体积，a0为声速，k
t
为电磁阀特性参数，A为压缩机面积，L
c
为压缩系统管道长度。
[0020]进一步地，所述离心压缩机不同工况下的出口气体温度对声速的影响具体通过以下公式体现：
[0021][0022][0023]其中，T
out
为离心压缩机的出口气体温度，T
in
为离心压缩机的进口气体温度，γ为比热比。
[0024]进一步地，所述离心压缩系统的修正体积具体为：
[0025]ΔV
p
＝V
p
‑
L
c
×
A1[0026]其中，A1为压缩系统容腔压力，ΔV
p
为修正体积。
[0027]进一步地，所述步骤S3具体是利用喘振频率对步骤S2建立的喘振气动力学模型中的修正体积进行识别。
[0028]进一步地，所述步骤S3具体包括以下步骤：
[0029]S31、试验测量得到离心压缩机在不同转速工况下喘振时的压力振荡；
[0030]S32、对测量得到的压力振荡数据进行快速傅里叶变换，得到对应的喘振频率；
[0031]S33、根据喘振频率识别喘振气动力学模型中的修正体积；
[0032]S34、基于识别的修正体积，进一步拟合得到修正体积与转速的关系表达式，将该关系表达式代入喘振气动力学模型，即得到全转速工况下的离心压缩系统喘振模型。
[0033]进一步地，所述步骤S34具体是采用多项式拟合的方式拟合得到修正体积与转速
的关系表达式。
[0034]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0035]一、本专利技术通过建立离心压缩机气动性能解析模型，以得到离心压缩机的压比特征，结合传统Moore
‑
Greitzer喘振模型，并对喘振气动力学模型进行修正，只需试验测量离心压缩机的压力振荡，即可对喘振气动力学模型的参数进行识别，结合识别得到参数与转速的拟合关系，进而得到全转速工况下离心压缩系统喘振模型，由此大大降低对计算资源的要求，同时也不需要进行大量的离心压缩系统喘振试验，就能够快速建立准确的喘振模型，从而保证后续快速、准确地预测离心压缩系统的喘振过程。
[0036]二、本专利技术通过试验测量得到离心压缩机在不同转速工况下喘振时的压力振荡，之后对压力振荡进行快速傅里叶变换，得到对应的振荡频率，利用振动频率即可识别出喘振气动力学模型中的修正参数，由此不需要大量的离心压缩系统喘振试验来辨识参数，能够避免离心压缩机长时间或频繁地在喘振工况下运行，以保证试验人员及设备的安全性。
[0037]三、本专利技术考虑离心压缩机不同工况下的出口气体温度对声速的影响、同时在喘振模型中引入离心压缩系统的修正体积，以对Moore
‑
Greitzer喘振模型进行修正，从而得到离心压缩系统喘振气动力学模型，使得后续的喘振模型不再依赖于压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池车用离心压缩系统喘振预测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、构建燃料电池车用离心压缩机气动性能解析模型，以得到离心压缩机压比特性；S2、基于Moore
‑
Greitzer喘振模型，结合步骤S1得到的离心压缩机压比特性，建立离心压缩系统喘振气动力学模型；S3、通过试验测量得到离心压缩机喘振工况下的压力振荡，对压力振荡进行快速傅里叶变换，得到喘振频率；利用喘振频率对步骤S2建立的喘振气动力学模型进行参数识别；对转速以及识别后的参数进行拟合，以得到全转速工况下的离心压缩系统喘振模型；S4、将离心压缩机的转速和节流阀开度输入离心压缩系统喘振模型，输出得到对应的动态质量流量和气体压力，即得到喘振预测结果。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池车用离心压缩系统喘振预测方法，其特征在于，所述步骤S1具体是通过构建离心压缩机气动性能解析模型，以得到离心压缩机压比ψ(m
c
,ω)与质量流量m
c
、转速ω的关系。3.根据权利要求2所述的一种燃料电池车用离心压缩系统喘振预测方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：S21、根据步骤S1得到的离心压缩机压比特性，建立Moore
‑
Greitzer喘振模型；S22、对Moore
‑
Greitzer喘振模型进行修正，得到离心压缩系统喘振气动力学模型。4.根据权利要求3所述的一种燃料电池车用离心压缩系统喘振预测方法，其特征在于，所述步骤S22具体是考虑离心压缩机不同工况下的出口气体温度对声速的影响、同时在Moore
‑
Greitzer喘振模型中引入离心压缩系统的修正体积，以对Moore
‑
Greitzer喘振模型进行修正。5.根据权利要求4所述的一种燃料电池车用离心压缩系统喘振预测方法，其特征在于，所述步骤S21建立的Moore
‑
Greitzer喘振模型具体为：其...

【专利技术属性】
技术研发人员：左曙光，陈思越，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：