[发明专利]一种燃料电池车用离心压缩系统喘振边界预测方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池车用离心压缩系统喘振边界预测方法，包括：建立燃料电池车用离心压缩机气动性能解析模型，以得到离心压缩机压比特性；基于Moore‑Greitzer喘振模型，结合离心压缩机压比特性，建立离心压缩系统喘振模型；对离心压缩系统喘振模型进行线性化处理，并基于李雅普诺夫间接法确定离心压缩系统的失稳条件，以此构建离心压缩系统喘振边界预测模型，通过数值计算求解不同转速工况下离心压缩系统的最小质量流量，即预测得到离心压缩系统的喘振边界。与现有技术相比，本发明能够大大节省计算资源，实现快速、准确预测离心压缩系统喘振边界的目的。

技术领域

本发明涉及离心压缩系统性能预测技术领域，尤其是涉及一种燃料电池车用离心压缩系统喘振边界预测方法。

背景技术

对燃料电池系统而言，空气压缩机是燃料电池系统的关键零部件，它可以有效提升燃料电池堆的比功率。目前主流车用燃料电池系统大多采用离心式压缩机，并且为了优化燃料电池系统的效率，通常将离心压缩机的工况匹配在喘振边界附近。喘振是一种流动失稳现象，严重时会导致系统损毁。因此，快速且准确地预测离心压缩系统的喘振边界是非常有必要的，利用喘振边界预测结果，能够为燃料电池车用空气压缩机的工况匹配提供有利的指导。

中国专利CN107924425A提出了一种预测压气机中的喘振的方法，可以准确地预测压气机的喘振边界，但是该方法需要通过计算流体力学(CFD)来进行预测，对计算资源要求很高，难以快速获取全转速工况下的喘振边界，此外，该方法建立的模型仅考虑压气机部分，无法分析整个压缩系统的结构参数对喘振边界的影响。中国专利CN112287580A提出了一种基于全三维数值模拟的轴流压气机喘振边界计算方法，该方法可以准确地预测轴流压气机的喘振边界，但该方法同样需要借助CFD进行数值仿真，无法快速获取喘振边界，此外，该方法仅考虑压缩机部分进行建模，难以研究压缩系统的结构参数对喘振边界的影响。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池车用离心压缩系统喘振边界预测方法，以快速、准确地预测离心压缩系统喘振边界。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池车用离心压缩系统喘振边界预测方法，包括以下步骤：

S1、建立燃料电池车用离心压缩机气动性能解析模型，以得到离心压缩机压比特性；

S2、基于Moore-Greitzer喘振模型，结合步骤S1得到的离心压缩机压比特性，建立离心压缩系统喘振模型；

S3、对离心压缩系统喘振模型进行线性化处理，并基于李雅普诺夫间接法确定离心压缩系统的失稳条件，以此构建离心压缩系统喘振边界预测模型，通过数值计算求解不同转速工况下离心压缩系统的最小质量流量，即预测得到离心压缩系统的喘振边界。

进一步地，所述步骤S1具体是通过构建离心压缩机气动性能解析模型，以得到离心压缩机压比ψ(m_c,ω)与质量流量m_c、转速ω的关系。

进一步地，所述步骤S2建立的离心压缩系统喘振模型具体为：

其中，p_p为压缩系统容腔压力，p₀为外界环境压力，V_p为压缩系统容腔体积，a₀为声速，k_t为电磁阀特性参数，A为压缩机面积，L_c为压缩系统管道长度。

进一步地，所述步骤S3具体包括以下步骤：

S31、求取离心压缩系统喘振模型的平衡点；

S32、通过坐标变换将离心压缩系统喘振模型的平衡点转移至原点，以得到坐标变换后的离心压缩系统喘振模型；