[發明專利]一種燃料電池車用離心壓縮機氣動性能預測方法

在審

• 申請號: 202110907608.2
• 申請日: 2021-08-09
• 公開（公告）號: CN113591247A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 左曙光;陳思越
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F119/02
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

本發明涉及一種燃料電池車用離心壓縮機氣動性能預測方法，包括：建立單級離心壓縮機氣動性能解析模型；考慮多級壓縮特性并結合單級離心壓縮機氣動性能解析模型，建立多級離心壓縮機氣動性能解析模型；對離心壓縮機的設定轉速工況進行試驗測量，以獲取不同設定轉速對應穩態工況的氣動性能；根據離心壓縮機穩態工況的性能，對多級離心壓縮機氣動性能解析模型中的參數進行識別，得到多級離心壓縮機氣動性能預測模型；將多級離心壓縮機的轉速和質量流量輸入多級離心壓縮機氣動性能預測模型，輸出對應的壓比，即得到多級離心壓縮機氣動性能預測結果。與現有技術相比，本發明不依賴于大量試驗數據，能夠快速、準確地對離心壓縮機氣動性能進行預測。

技術領域

本發明涉及燃料電池車用離心壓縮機氣動性能研究技術領域，尤其是涉及一種燃料電池車用離心壓縮機氣動性能預測方法。

背景技術

燃料電池具有高效，高能量密度，零排放等優點，是一種有競爭性的車用動力源，中國科技部發布了2019年可再生能源和氫能源技術的關鍵項目，其中燃料電池車用空壓機開發是其中的一個子課題。由此可見，研究高性能燃料電池車用空壓機是刻不容緩的，離心壓縮機憑借其高壓比、高比功率、低噪聲的優點，是燃料電池空輔系統中最有潛力的壓縮機之一。為了設計高性能燃料電池車用空壓機，有必要對離心壓縮機在各種工況下的氣動性能進行預測，受限于高速電機的研究進展，多數廠商已經開始生產研究雙級離心壓縮機以適當降低電機轉速，因此需要在考慮離心壓縮機的多級壓縮特性下進行氣動性能預測，目前大多通過建立解析模型，以實現對離心壓縮機氣動性能的預測。

中國專利CN101487466A提出了一種離心式壓縮機壓縮比和多變效率的在線軟測量方法，其利用試驗數據作為訓練樣本，建立了壓縮比和多變效率的神經網絡模型，具有較高的建模精度，同時也可以預測氣動性能，但是這個方案需要的樣本數據量超過100個，這就要求建模前必須進行大量試驗，而且這種建模方法無法用于離心壓縮機的結構優化設計；中國專利CN109058151A提出了一種基于預測模型的離心壓縮機防喘振控制方法，其通過最小二乘雙支持向量回歸機方法來建立離心壓縮機性能模型，可以精確反映離心壓縮機的性能變化，但是它需要的樣本數據量為300個，同樣對試驗數據量的要求非常高，該方法也無法用于離心壓縮機的結構優化設計。

綜上所述，現有的離心壓縮機氣動性能建模技術均需要大量試驗數據進行擬合，這對前期試驗要求很高，也無法用于離心壓縮機的結構優化設計。此外，現有方法中沒有將離心壓縮機的多級壓縮特性考慮在內，其建立的解析模型并不能反映多級離心壓縮機的一些特殊表現，如級間冷卻對于離心壓縮機整機效率的影響。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種燃料電池車用離心壓縮機氣動性能預測方法，以在不依賴大量試驗數據的前提下快速、準確地對離心壓縮機氣動性能進行預測。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：一種燃料電池車用離心壓縮機氣動性能預測方法，包括以下步驟：

S1、將離心壓縮機的壓縮過程看作絕熱過程，根據離心壓縮機結構形式確定壓縮過程中包含的損失類型，再基于工程熱力學與速度三角形來建立單級離心壓縮機氣動性能解析模型；

S2、考慮多級壓縮特性并結合單級離心壓縮機氣動性能解析模型，以建立多級離心壓縮機氣動性能解析模型；

S3、對離心壓縮機的設定轉速工況進行試驗測量，以獲取不同設定轉速對應穩態工況的氣動性能；

S4、根據離心壓縮機穩態工況的性能，對步驟S2建立的多級離心壓縮機氣動性能解析模型中的參數進行識別，以得到多級離心壓縮機氣動性能預測模型；

S5、將多級離心壓縮機的轉速和質量流量輸入多級離心壓縮機氣動性能預測模型，輸出得到對應的壓比，即得到該多級離心壓縮機氣動性能的預測結果。

進一步地，所述步驟S1具體包括以下步驟：

S11、將離心壓縮機的壓縮過程看作絕熱過程，有：