一种基于双堆流量分配一致性的空气进口歧管设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双堆流量分配一致性的空气进口歧管设计方法，包括：依据已有管路设计原则：空气进口歧管的支干管路截面积与电堆出口截面积相等，主干管路截面积为上下两支干管路截面积之和，选取基于双堆流量分配一致性的歧管结构优化设计方案：根据电堆空气进出口截面积变更进堆歧管直径，计算得出歧管主干管路和支干管路的直径范围，并根据直径与压损的拟合关系，确定出主干管路和支干管路的最优直径。本发明专利技术针对现有空气进气歧管设计结构，做0维理论计算，最终确定最优方案，有效解决了现有歧管由于上下堆流量分配不均导致出现上下堆寿命及使用条件不一致问题。现上下堆寿命及使用条件不一致问题。现上下堆寿命及使用条件不一致问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双堆流量分配一致性的空气进口歧管设计方法


[0001]本专利技术涉及双堆系统空气侧进气歧管设计
，具体涉及一种基于双堆流量分配一致性的空气进口歧管设计方法。

技术介绍

[0002]现有系统在设计时，并未考虑双堆进气歧管的设计，更多的是与电堆的分配头截面积保持一致，同时，现在电堆在设计时，保证流量一致性，会将出口分配头口径设计比进口大，而系统在设计时，采取取大不取小原则，将进出口歧管管径设计为一致，并未有理论依据。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种基于双堆流量分配一致性的空气进口歧管设计方法，有效地解决了上下堆进气流量分配不均的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：
[0005]一种基于双堆流量分配一致性的空气进口歧管设计方法，包括：
[0006]依据已有管路设计原则：空气进口歧管的支干管路截面积与电堆出口截面积相等，主干管路截面积为上下两支干管路截面积之和，选取基于双堆流量分配一致性的歧管结构优化设计方案：根据电堆空气进出口截面积变更进堆歧管直径，计算得出歧管主干管路和支干管路的直径范围，并根据直径与压损的拟合关系，确定出主干管路和支干管路的最优直径。
[0007]作为上述方案的优选，优化方案具体包括以下步骤：
[0008]S1、采集双堆系统运行参数，包括电堆空气进口截面积、电堆空气出口截面积、气体密度、空压、电堆功率、电压、气体流量；
[0009]S2、根据以下公式(1)分别计算出主干管路和支干管路的直径范围：
[0010][0011]式中，S
进
为电堆空气进口截面积，单位为mm2；S
出
为电堆空气出口截面积，单位为mm2，现有设计中，S
出
大于S
进
；D
支min
为支干管路的直径下限值，单位为mm；D
支max
为支干管路的直径上限值，单位为mm；D
主min
为主干管路的直径下限值，单位为mm；D
主max
为支干管路的直径
上限值，单位为mm；
[0012]S3、根据以下公式(2)得到上下堆管路之间存在的压差：
[0013][0014]式中，ζ为阻力系数，无单位，可通过查阻力系数表得到，ζ的数值选择与主干管路直径和支干管路直径均有关系；ρ为气体密度，单位为kg/m3；ΔP为压差，ΔP
上
为上电堆主干管路与支干管路转交处的局部压损，ΔP
下
为下电堆主干管路与支干管路转交处的局部压损，单位均为KPa；v为进气速度，单位为m/s；Q为气体流量，单位为m3/s；r
主
为主干管路的半径，单位为mm；
[0015]S4、拟合在不同支干管路直径下，上堆压损及下堆压损随主干管路直径变化关系图；
[0016]S5、拟合直径与压差变化关系图；
[0017]S6、选取压差最小时的主干直径和支干直径为最优直径。
[0018]作为上述方案的优选，在采集双堆系统运行参数之前，还包括步骤S0、通过高频内阻仪检测双堆在运行时的内阻变化，以确定上电堆和下电堆之间是否存在空气流量分配问题。
[0019]作为上述方案的优选，确定双堆是否存在空气流量分配问题时需排除电堆自身引起的内阻差异：电堆通过点胶的形式组装，不会出现电堆差异引起内阻差异。
[0020]由于具有上述结构，本专利技术的有益效果在于：
[0021]本专利技术针对现有空气进气歧管设计结构，做0维理论计算，依据已有管路设计原则，选取基于双堆流量分配一致性的歧管结构优化设计方案：根据电堆空气进出口截面积变更进堆歧管直径，计算得出歧管主干管路和支干管路的直径范围，并根据直径与压损的拟合关系，确定出主干管路和支干管路的最优直径。有效解决了现有歧管由于上下堆流量分配不均导致出现上下堆寿命及使用条件不一致问题。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0023]图1为本专利技术的工作流程图；
[0024]图2为现有技术中歧管简化结构示意图；
[0025]图3为电堆空路进口截面示意图，图中的5mm为圆角半径；
[0026]图4为电堆空路出口截面示意图；
[0027]图5为采集到的双堆系统运行参数图表；
[0028]图6为在不同支干管路直径下，上堆压损及下堆压损随主干管路直径变化关系图；
[0029]图7为直径与压差变化关系图。
具体实施方式
[0030]下面将结合本专利技术的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0031]如图1所示，本实施例提供一种基于双堆流量分配一致性的空气进口歧管设计方法，包括：
[0032]依据已有管路设计原则：空气进口歧管的支干管路截面积与电堆出口截面积相等，主干管路截面积为上下两支干管路截面积之和，选取基于双堆流量分配一致性的歧管结构优化设计方案：根据电堆空气进出口截面积变更进堆歧管直径，计算得出歧管主干管路和支干管路的直径范围，并根据直径与压损的拟合关系，确定出主干管路和支干管路的最优直径。具体地，优化方案包括以下步骤：
[0033]S1、采集双堆系统运行参数，包括电堆空气进口截面积(如图3所示)、电堆空气出口截面积(如图4所示)、气体密度、空压、电堆功率、电压、气体流量(如图5所示)；
[0034]S2、根据以下公式(1)分别计算出主干管路和支干管路的直径范围：
[0035][0036]式中，S
进
为电堆空气进口截面积，单位为mm2；S
出
为电堆空气出口截面积，单位为mm2，现有设计中，S
出
大于S
进
；D
支min
为支干管路的直径下限值，单位为mm；D
支max
为支干管路的直径上限值，单位为mm；D
主min
为主干管路的直径下限值，单位为mm；D
主max
为支干管路的直径上限值，单位为mm；
[0037]由此得到进口主干与支干的直径为：
[0038]D
支
＝26～32mm
[0039]D
主
＝36～50mm
[0040]S3、根据以下公式(2)得到上下堆管路之间存在的压差：
[0041][0042]式中，ζ为阻力系数，无单位，可通过查阻力系数表得到，ζ的数值选择与主干管路直径和支干管路直径均有关系；ρ为气体密度，单位为kg/m3；ΔP为压差，ΔP
上
为上电堆主干管路与支干管路转交处的局部压损，ΔP
下
为下电堆主干管路与支干管路转交处的局部压损，单位均为KP本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双堆流量分配一致性的空气进口歧管设计方法，其特征在于，包括：依据已有管路设计原则：空气进口歧管的支干管路截面积与电堆出口截面积相等，主干管路截面积为上下两支干管路截面积之和，选取基于双堆流量分配一致性的歧管结构优化设计方案：根据电堆空气进出口截面积变更进堆歧管直径，计算得出歧管主干管路和支干管路的直径范围，并根据直径与压损的拟合关系，确定出主干管路和支干管路的最优直径。2.根据权利要求1所述的一种基于双堆流量分配一致性的空气进口歧管设计方法，其特征在于，优化方案具体包括以下步骤：S1、采集双堆系统运行参数，包括电堆空气进口截面积、电堆空气出口截面积、气体密度、空压、电堆功率、电压、气体流量；S2、根据以下公式(1)分别计算出主干管路和支干管路的直径范围：式中，S
进
为电堆空气进口截面积，单位为mm2；S
出
为电堆空气出口截面积，单位为mm2，现有设计中，S
出
大于S
进
；D
支min
为支干管路的直径下限值，单位为mm；D
支max
为支干管路的直径上限值，单位为mm；D
主min
为主干管路的直径下限值，单位为mm；D
主max

【专利技术属性】
技术研发人员：黄易元，唐廷江，陈宏，刘骞，
申请(专利权)人：武汉雄韬氢雄燃料电池科技有限公司，
类型：发明
国别省市：