[发明专利]基于母型库的燃料电池离心压缩机气动优化设计方法

权利要求书

1.一种基于母型库的燃料电池离心压缩机气动优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立用于存储燃料电池离心压缩机母型的母型库，母型库中各母型均关联有对应的工况性能数据；

S2、获取新机的设计参数，根据设计参数从母型库中选择目标母型，并采用模化设计方法计算新机的基本设计尺寸；

S3、基于所述基本设计尺寸获取新机的气动型线，并将气动型线输入预设的目标函数计算模型，以获取新机的目标函数值；

S4、对新机的气动型线进行优化，即基于所述目标函数计算模型获得最优目标函数值对应的气动型线作为优化型线；

S5、根据优化型线获得新机样机的三维结构造型。

2.如权利要求1所述的基于母型库的燃料电池离心压缩机气动优化设计方法，其特征在于，步骤S3中，目标函数计算模型的输入为气动型线的设计变量；气动型线的设计变量根据预设的参数化模型获得，参数化模型的输入为设计变量，输出为气动型线；

该方法还包括以下步骤：

S6、结合新机的设计参数通过CFD计算获得设计性能曲线，并通过样机性能试验获得新机样机的实际性能曲线；

S7、计算设计性能曲线与实际性能曲线的偏离度，并判断偏离度是否超过预设的偏离范围；

S8、是，则重新筛选设计变量建立参数化模型，然后返回步骤S3；否，则设计完成。

3.如权利要求2所述的基于母型库的燃料电池离心压缩机气动优化设计方法，其特征在于，步骤S7中，设计性能曲线与实际性能曲线的偏离度的计算方法为：将设计性能曲线与实际性能曲线均由喘振边界至堵塞边界分为M段；对各段结点的流量系数φ和性能参数η归一化处理，进而对设计性能曲线与实际性能曲线相应结点的明可夫斯基距离求和，得到偏离度其中，φ_j和分别表示实际性能曲线上第j个节点的流量系数和设计性能曲线上第j个节点的流量系数，η_j和分别表示实际性能曲线上第j个节点的性能参数和设计性能曲线上第j个节点的性能参数，q为计算常数，q＞1。

4.如权利要求2所述的基于母型库的燃料电池离心压缩机气动优化设计方法，其特征在于，还包括步骤S9:将新机及对应的性能工况数据添加到母型库中。

5.如权利要求1所述的基于母型库的燃料电池离心压缩机气动优化设计方法，其特征在于，步骤S1中所述工况性能数据包含母型的流量、进气压力、进气温度和压比；步骤S2中，采用模化设计方法计算新机的基本设计尺寸的方法具体为：计算新机与目标母型的尺寸比q_m、p_in、T_in和ε分别表示目标母型的流量、进气压力、进气温度和压比，q′_m、p′_in、T′_in和ε′分别表示新机的设计流量、进气压力、进气温度和设计压比，q′_m、p′_in、T′_in和ε′均包含在所述设计参数中；m表示目标母型的多变指数；然后根据目标母型和尺寸比确定新机的基本设计尺寸。

6.如权利要求2所述的基于母型库的燃料电池离心压缩机气动优化设计方法，其特征在于，步骤S2中，还采用模化设计方法计算新机的当量设计转速其中，n表示目标母型的设计转速，设计转速n包含在所述工况性能数据中。

7.如权利要求1所述的基于母型库的燃料电池离心压缩机气动优化设计方法，其特征在于，步骤S1中，所述工况性能数据包括母型在各工况点的运行区域概率步骤S3中，目标函数计算模型的输出为：压缩机节能效率其中为新机在当量设计转速和设计流量下CFD计算的压比，ε′为新机的设计压比，N表示预设的优化工况数，K表示全工况区域包含的工况点数量，k表示工况点的序号，表示新机在第k个工况点处CFD计算的等熵效率。