[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

说明书

本发明提出的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，包括：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；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；获取新机的气动型线并输入预设的目标函数计算模型，以获取新机的目标函数值；基于目标函数计算模型，对新机的气动型线进行优化，获得最优目标函数值对应的气动型线作为优化型线。本发明通过建立母型库，选取设计参数最接近的目标母型，采用模化设计手段快速获得新机的基本设计尺寸和气动型线，有益于新机实现良好的设计性能和设计效率。

技术领域

本发明涉及压缩机技术领域，尤其涉及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。

背景技术

车用燃料电池是离心压缩机应用的新领域，小流量、高转速的运行条件使其性能曲线十分陡峭。燃料电池离心压缩机可采用与常规透平压缩机相似的优化设计方法，但对于车用燃料电池压缩机，动态变载和频繁启停使其工况条件变化剧烈，为权衡燃料电池系统在额定工况点和常用工况点的效率，有必要对多个工况点同时进行寻优。常规多工况优化方法无法使所有工况的优化目标同时达到最优，仅能获得一个非劣解集，最终解需根据设计者的意图进行决策，较多的非劣解在实际中难于应用。规避最优解决策难题的常见手段是对优化目标加权以构造决策函数，通过对决策函数寻优将多目标优化转为单目标优化，然而权重系数取值通常缺乏客观的指标，其值往往取决于设计者意图。

在离心压缩机的开发过程中，母型级(模型级)的设计非常关键，新产品的研发依赖于与之相应的母型级。现代工业用离心压缩机的设计开发一般根据用户需求单件设计，需要不同系列的母型级数据，设计者根据用户需求，基于已有的优良母型级开展优化设计，可以加快设计进度并提高设计可靠性。然而燃料电池用离心压缩机具有小流量和超高转速的特点，目前仍缺乏专用母型级数据，用户很难获取实际工况环境下有关产品预期运行性能的统计数据，需要开展全新设计，这直接增加了设计难度。

从提高燃料电池离心压缩机宽工况高效运行水平方面考虑，提出基于母型库的燃料电池离心压缩机气动优化设计技术应具有重要的应用价值。

发明内容

为了解决上述现有技术中的缺陷，本发明提出了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。

本发明采用以下技术方案：

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，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。

优选的，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。