[發明專利]一種燃料電池車用離心壓縮系統喘振預測方法

在審

• 申請號: 202110908403.6
• 申請日: 2021-08-09
• 公開（公告）號: CN113688510A
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 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: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/14;G06F119/08;G06F119/14
• 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系統喘振預測方法，包括：構建燃料電池車用離心壓縮機氣動性能解析模型，得到離心壓縮機壓比特性；基于Moore?Greitzer喘振模型，結合離心壓縮機壓比特性，建立離心壓縮系統喘振氣動力學模型；通過試驗測量得到離心壓縮機喘振工況下的壓力振蕩，對壓力振蕩進行快速傅里葉變換，得到喘振頻率；利用喘振頻率對喘振氣動力學模型進行參數識別；對轉速以及識別后的參數進行擬合，得到全轉速工況下的離心壓縮系統喘振模型；將離心壓縮機的轉速和節流閥開度輸入離心壓縮系統喘振模型，輸出得到對應的喘振預測結果。與現有技術相比，本發明能夠在不依賴大量離心壓縮機喘振試驗的前提下快速、準確地預測離心壓縮系統喘振特性。

技術領域

本發明涉及離心壓縮系統喘振特性研究技術領域，尤其是涉及一種燃料電池車用離心壓縮系統喘振預測方法。

背景技術

隨著燃料電池汽車的商業化推廣，燃料電池行業得到了迅速發展。對于燃料電池系統來說，空氣壓縮機是一個關鍵零部件，它可以給燃料電池系統提供增壓空氣，以提升燃料電池堆的效率和比功率。目前，離心壓縮機是燃料電池車用空壓機的最佳選擇之一，因此，主流的車用燃料電池空輔系統采用的大多是離心壓縮機。但是離心壓縮機在低質量流量工況下容易發生喘振，嚴重時甚至導致系統損毀，喘振會極大影響離心壓縮機的穩定工作范圍。離心壓縮機不能長時間或頻繁在喘振工況下工作，若通過大量試驗來研究喘振特性，則必然會給試驗人員與設備帶來危險。為了研究喘振特性及設計主動喘振控制策略，有必要對燃料電池車用離心壓縮系統喘振過程進行預測。

中國專利CN107924425A提出一種預測壓氣機中的喘振的方法，可以較準確地預測壓氣機的喘振邊界，但是不能反映壓縮系統喘振特性，如壓力振蕩的頻率和振幅，同時該方法需要建立壓氣機的計算流體力學(CFD)仿真模型進行數值仿真，對計算資源要求極高，難以作為主動喘振控制策略設計的模型基礎。中國專利CN110848166A提出了一種軸流壓氣機喘振頻率預測方法，該方法避免了試驗測量，它主要針對軸流壓氣機，該方法的預測結果非常依賴于壓縮系統的結構參數，而這些參數的早期確定是很困難的，因此該方法難以準確地預測喘振特性，從而無法用作離心壓縮系統主動喘振控制策略設計的模型基礎。

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系統喘振預測方法，以在不依賴大量離心壓縮機喘振試驗的前提下快速、準確地預測離心壓縮系統喘振特性。

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系統喘振預測方法，包括以下步驟：

S1、構建燃料電池車用離心壓縮機氣動性能解析模型，以得到離心壓縮機壓比特性；

S2、基于Moore-Greitzer喘振模型，結合步驟S1得到的離心壓縮機壓比特性，建立離心壓縮系統喘振氣動力學模型；

S3、通過試驗測量得到離心壓縮機喘振工況下的壓力振蕩，對壓力振蕩進行快速傅里葉變換，得到喘振頻率；

利用喘振頻率對步驟S2建立的喘振氣動力學模型進行參數識別；

對轉速以及識別后的參數進行擬合，以得到全轉速工況下的離心壓縮系統喘振模型；

S4、將離心壓縮機的轉速和節流閥開度輸入離心壓縮系統喘振模型，輸出得到對應的動態質量流量和氣體壓力，即得到喘振預測結果。

進一步地，所述步驟S1具體是通過構建離心壓縮機氣動性能解析模型，以得到離心壓縮機壓比ψ(m_c,ω)與質量流量m_c、轉速ω的關系。

進一步地，所述步驟S2具體包括以下步驟：

S21、根據步驟S1得到的離心壓縮機壓比特性，建立Moore-Greitzer喘振模型；