[发明专利]一种高速压缩机在变高度下的参数扰动分析方法

说明书

本发明涉及一种高速压缩机在变高度下的参数扰动分析方法，建立离心压缩机入口空气压力模型，继而建立变高度条件下离心压缩机静态模型，利用变高度条件下离心压缩机静态模型，固定压缩机的高度，当转速变化时，以“空气压力”为纵坐标，以“空气流量”为横坐标，作出压缩机的“流量‑压力”曲线；然后改变压缩机的高度变量h，分别得到不同高度下的“流量‑压力”曲线；根据压力曲线，分析空气温度、空气比热容、空气密度和空气压力的扰动对离心压缩机特性的影响。有益效果是：在建立离心压缩机变高度模型的基础上，提出了一种在变高度下离心压缩机的参数扰动分析方法，该方法研究了空气密度、空气压力、空气温度和空气比热容的扰动对压缩机特性的影响。

技术领域

本发明属于压缩机的参数扰动分析方法，涉及一种高速压缩机在变高度下的参数扰动分析方法，特别是超高速离心压缩机在变高度下的参数扰动分析方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池利用氢气与氧气的电化学反应产生电能，具有零排放、噪音小和效率高的优点，在新能源汽车、航空航天等领域具有较好的发展前景。搭载质子交换膜燃料电池的飞机和高空飞艇具备运行温度低、易于维护、绿色环保等优点。空气供应子系统通过空气压缩机向质子交换膜燃料电池的阴极提供电化学反应所需的氧气，其供气性能直接影响燃料电池的效率。

超高速离心式空气压缩机简称为离心压缩机，具有重量轻、噪音小、流量输出连续等优点，从重量与气体流量方面考虑，离心压缩机更适合于燃料电池系统。对于燃料电池动力飞机、高空飞艇等飞行装置而言，离心压缩机工作在变高度的工况环境下，通过建立变高度下的离心压缩机模型可分析压缩机特性，通过流量控制算法可实现压缩机流量的平滑控制，这些都可提高空气供应子系统的供气性能，进而提高燃料电池在变高度状态下的燃烧效率。

离心压缩机的工作高度发生变化时，空气密度、压力、温度、比热容等参数均会发生变化。在变高度条件下，以上参数很难精确测量，在实际应用过程中，一些参数的实际值也会与测量值存在误差，因此研究参数扰动对压缩机特性的影响有重要的实际价值。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，研究变高度条件下参数扰动对燃料电池用离心压缩机特性的影响，本发明提出一种高速压缩机在变高度下的参数扰动分析方法，考虑了在运行高度不断变化的情况下，参数扰动对离心压缩机静态特性的影响。

技术方案

一种高速压缩机在变高度下的参数扰动分析方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、建立离心压缩机入口空气压力模型：

当离心压缩机所处高度h≤11000m时：

式中：p_h为当前高度下的空气压力，p₀为海平面空气压力，L为温度递减率，T₀为海平面温度，h为海平面以上的高度，h₀为大气层底部的高度，R为气体常数，g₀为重力加速度，M_a为空气摩尔质量；

当离心压缩机所处高度11000m≤h≤20000m时：

式中，p_s为大气层底部压力，h_s为大气层底部高度，T_s为大气层底部温度；

p_s为11000m≤h≤20000m时的

步骤2、建立离心压缩机入口空气密度模型：

式中：Z为压缩因子，T_h为空气温度，M_v为水蒸气的摩尔质量，x_v为水蒸气的摩尔分数，气体视为理想气体；