【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池，具体涉及一种燃料电池增湿器干侧出口湿度的计算方法。
技术介绍
1、燃料电池的性能受到反应气体的温度、压力、湿度等因素的影响，其中湿度对质子交换膜燃料电池的影响尤为显著。质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心部件，其导电性和机械强度都与其水含量密切相关。如果质子交换膜过干，会导致质子传导率降低，增加电阻损失；如果质子交换膜过湿，会导致水堵塞气孔，影响气体扩散，降低反应活性。因此，保持质子交换膜的适当湿润状态是提高质子交换膜燃料电池性能和寿命的关键。
2、为了实现质子交换膜的有效湿润，通常需要在气体供应系统中设置增湿器，以调节反应气体的相对湿度。膜增湿器是一种利用半透膜实现气气间水分传递的增湿器，具有结构简单、无液滴产生、无水泵和加热元件等优点。膜增湿器通常由一个外壳和一组中空纤维膜管束组成，外壳内部分为干侧和湿侧两个空间，干侧和湿侧之间由中空纤维膜管束隔开。干侧进入未饱和的干燥空气，经过中空纤维膜管内部流动后出口；湿侧进入饱和或过饱和的湿热空气(通常为电堆阴极出口气体)，经过中空纤维膜管外部流动后出口。由于两侧气体之间存在水分梯度和温度梯度，通过中空纤维膜管壁发生水分和热量传递，从而实现干侧空气的增湿。
3、cn108931268b公开了一种燃料电池增湿罐增湿效果测试方法，包括流量分析与增湿效果计算两个部分，增湿效果计算部分根据具体实验数据和湿度计算公式得到干侧出口相对湿度，作为增湿效果的评价指标，由于膜增湿器内部存在水蒸气液化、热损失等现象，导致干侧出口的相对湿度与入口条件、膜材料、
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种燃料电池增湿器干侧出口湿度的计算方法，目的在于，在考虑膜增湿器内部水蒸气液化、热损失等影响因素的前提下，通过定义膜增湿器的平均传热比值这一重要参数，准确计算与预测膜增湿器的增湿效果。
2、为达上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
3、一种燃料电池增湿器干侧出口湿度的计算方法，包括如下步骤：
4、s1.在增湿器稳态工况下建立稳态数学模型；
5、s2.根据该数学模型计算膜增湿器的平均传热比值k，所述平均传热比值k定义为膜增湿器至少三个不同工况下传热比值k的算术平均值，所述传热比值k定义为干侧吸热量与湿侧放热量之比；
6、s3.利用膜增湿器的平均传热比值k计算燃料电池实际运行过程中不同工况下的膜增湿器干侧出口相对湿度φdry，out，并根据干侧出口相对湿度φdry，out评价膜增湿器的增湿效果。
7、进一步的，所述步骤s2具体为：
8、s2-1.分别计算至少三个不同工况下的传热比值k；
9、s2-2.根据s2-1中的计算的不同工况下的传热比值k计算膜增湿器的平均传热比值k。
10、进一步的，所述步骤s2-1具体为：
11、s2-1-1.通过潮湿空气的热力学计算潮湿空气中干燥空气的质量流量和水蒸气的质量流量
12、s2-1-2.计算一特定工况下的干侧吸热量
13、s2-1-3.计算一特定工况下的湿侧放热量
14、s2-1-4.计算一特定工况下的传热比值k。
15、进一步的，所述步骤s2-1-1中干燥空气的质量流量为：
16、
17、水蒸气的质量流量为：
18、
19、式中，为潮湿空气的总质量流量，ω为湿度比，所述湿度比定义为水蒸气的质量流量和干燥空气的质量流量之比，具体计算公式如下：
20、
21、式中，mv为水蒸气的摩尔质量，ma为干燥空气的摩尔质量，φ为湿度，p为总压力，psat(t)为某一温度下水蒸气的饱和压力，psat(t)通过查表得到。
22、进一步的，所述步骤s2-1-2具体如下：
23、s2-1-2-1.根据步骤s2-1-1计算干侧入口的干燥空气的质量流量和干侧入口的水蒸气的质量流量
24、s2-1-2-2.根据干燥空气的质量流量守恒计算干侧出口干燥空气的质量流量
25、s2-1-2-3.计算干侧出口的水蒸气的质量流量
26、s2-1-2-4.根据水蒸气的质量流量守恒计算由湿侧通过膜增湿器的膜传递给干侧的水蒸气的质量流量
27、s2-1-2-5.通过能量守恒计算一特定工况下的干侧吸热量
28、进一步的，所述步骤s2-1-2-5中的干侧吸热量由以下公式计算：
29、
30、式中，为干侧入口的干燥空气流量，为干侧入口的水蒸气的质量流量，为湿侧通过膜增湿器的膜传递给干侧的水蒸气的质量流量，为干侧出口干燥空气的质量流量，为干侧出口水蒸气的质量流量；tdry，in为干侧入口的温度，twet，m为湿侧的平均温度，tdry，out为干侧出口的温度；为干侧吸热量。
31、进一步的，所述步骤s2-1-3具体如下：
32、s2-1-3-1.根据步骤s2-1-1计算湿侧入口的干燥空气的质量流量和湿侧入口的水蒸气的质量流量
33、s2-1-3-2.根据干燥空气的质量流量守恒计算湿侧出口干燥空气的质量流量
34、s2-1-3-3.计算湿侧出口的水蒸气的质量流量
35、s2-1-3-4.由步骤s2-1-2-4中计算得到湿侧通过膜增湿器的膜传递给干侧的水蒸气的质量流量根据湿侧水的质量流量守恒计算湿侧入口的水蒸气部分液化后形成的液态水的质量流量
36、s2-1-3-5.通过能量守恒计算一特定工况下的湿侧放热量
37、进一步的，所述步骤s2-1-3-5中的湿侧放热量由以下公式计算：
38、
39、式中，为湿侧入口的干燥空气流量，为湿侧入口的水蒸气的质量流量，为湿侧通过膜增湿器的膜传递给干侧的水蒸气的质量流量，为湿侧出口干燥空气的质量流量，为湿侧出口水蒸气的质量流量，为湿侧入口的水蒸气部分液化后形成的液态水的质量流量；twet，in为湿侧入口的温度，twet，m为湿侧的平均温度，twet，out为湿侧出口的温度；为湿侧放热量。
40、进一步的，所述步骤s2-1-4计算一特定工况下的传热比值k具体为：
41、
42、式中，为干侧吸热量，为湿侧放热量。
43、进一步的，所述步骤s3具体如下：
44、s3-1.在膜增湿器的干侧和湿侧入口分别布置流量计、温度传感器和压力传感器；在膜增湿器的干侧和湿侧出口分别布置温度传感器和压力传感器，用于测量相应位置的气体质量流量、温度和压力；
45、s3-2.利用膜增湿器的平均传热比值k反算出干侧出口相对湿度φdry，out；
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【技术保护点】
1.一种燃料电池增湿器干侧出口湿度的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的燃料电池增湿器干侧出口湿度的计算方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：
3.如权利要求2所述的燃料电池增湿器干侧出口湿度的计算方法，其特征在于，所述步骤S2-1具体为：
4.如权利要求3所述的燃料电池增湿器干侧出口湿度的计算方法，其特征在于，所述步骤S2-1-1中干燥空气的质量流量为：
5.如权利要求3所述的燃料电池增湿器干侧出口湿度的计算方法，其特征在于，所述步骤S2-1-2具体如下：
6.如权利要求5所述的燃料电池增湿器干侧出口湿度的计算方法，其特征在于，所述步骤S2-1-2-5中的干侧吸热量由以下公式计算：
7.如权利要求6所述的燃料电池增湿器干侧出口湿度的计算方法，其特征在于，所述步骤S2-1-3具体如下：
8.如权利要求7所述的燃料电池增湿器干侧出口湿度的计算方法，其特征在于，所述步骤S2-1-3-5中的湿侧放热量由以下公式计算：
9.如权利要求8所述的燃料电池增湿器干侧出口湿度的
10.如权利要求1所述的燃料电池增湿器干侧出口湿度的计算方法，其特征在于，所述步骤S3具体如下：
...【技术特征摘要】
1.一种燃料电池增湿器干侧出口湿度的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的燃料电池增湿器干侧出口湿度的计算方法，其特征在于，所述步骤s2具体为：
3.如权利要求2所述的燃料电池增湿器干侧出口湿度的计算方法，其特征在于，所述步骤s2-1具体为：
4.如权利要求3所述的燃料电池增湿器干侧出口湿度的计算方法，其特征在于，所述步骤s2-1-1中干燥空气的质量流量为：
5.如权利要求3所述的燃料电池增湿器干侧出口湿度的计算方法，其特征在于，所述步骤s2-1-2具体如下：
6.如权利要求5所述的燃料电池增湿器干侧出口...
【专利技术属性】
技术研发人员：李武俊，黄易元，唐廷江，罗马吉，李子毅，
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：
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