燃料电池凸轮式氢气循环泵内流场仿真与气动特性研究

为降低燃料电池氢气循环泵运行产生的振动及噪声,基于凸轮式氢气循环泵基本理论,建立某循环泵内流场CFD仿真模型,通过仿真分析得出:随着转速增加循环泵的实际排气流量逐渐增大;理论排气流量与数值模拟结果误差低于4.4%,可以较准确地反应氢气循环泵内部气体脉动的规律;当转速在8000 r/min时内泄漏量最小,容积效率最大,氢气循环泵的转速影响内泄漏量从而影响容积效率;压力脉动频率与转速负相关,压力脉动强度与转速正相关。因此,需选择合适的额定转速,避免因转速过高造成工作效率降低。

转子螺旋角对氢气循环泵流动特性的影响

氢气循环泵是氢燃料电池系统重要动力设备,主要作用是由阳极回收未消耗的氢气,并将其运输回电池堆入口,以提高氢气利用效率。针对一款常规氢气循环泵,研究了转子螺旋角变化对性能的影响规律,结果表明:随着转子螺旋角从0°增加到60°,氢气循环泵的平均流量呈现先减小再增大的趋势,在螺旋角为22.5°时具有最小值,在螺旋角为60°时具有最大值;氢气循环泵的流量和压力脉动因数呈现先增大后减小的趋势,增大的幅度不高,但降低幅度较大,在螺旋角为60°时具有最小值。该氢气循环泵转子的最优螺旋角为60°,对氢气循环泵的整体性能改善具有重要作用。

进气湿度对氢气循环泵循环性能影响实验研究

氢气循环泵是氢燃料电池系统的关键零部件之一,其循环性能受到多种因素的影响。本文通过实验手段,对旋涡式氢气循环泵进行了实验测试,分析了进气湿度对旋涡泵循环流量、压升和功耗等特性的影响。研究发现,氢气循环泵的功耗与压升成正相关。相同压升下湿气体工况的氢泵功耗略大于干气体工况的氢泵功耗,最大差值不超过40W。相同氢气流量下,进气湿度较高时氢气能获得更大的压升,氢气循环泵功耗相比干气体工况下更大。干气体工况条件下氢气循环泵循环流量随压升变化的斜率较大:压升较低时,干气体循环流量大于湿气体循环流量,压升较高时,干气体循环流量小于湿气体循环流量。

爪式氢气循环泵高密封型转子及瞬态流动特性

爪式压缩机具有结构紧凑、干式无油和可靠性高等显著优点,是最具潜力的氢气循环泵泵型。传统爪式氢气循环泵转子间采用点与点的啮合方式,导致氢气在此处产生严重的泄漏,降低泵的容积效率,制约爪式氢气循环泵的发展。为减小爪式转子间的气体泄漏、提高泵的容积效率,本研究采用圆弧、高次曲线及其共轭曲线代替传统爪式转子的节圆型线,提出一种爪式转子间的新型曲折型啮合结构,进而构建一种新型高密封型齿轮爪式转子,有效解决了爪式转子间的气体泄漏问题。同时,建立新型齿轮爪式转子的几何模型,推导其截面型线方程。在工作过程中,对具有复杂几何边界的爪式氢气循环泵的内部气体的非定常流动进行数值模拟,对比分析了传统泵和新型泵工作腔内部的压力分布和瞬态流动特征;搭建了爪式氢气循环泵性能实验平台,验证了数值模拟结果的准确性。结果表明,相比于传统爪式转子,在压缩和排气过程中新型齿轮爪式转子间气体泄漏速度减小了31.42%和33.09%,容积效率提高了10.92%。

燃料电池系统爪式氢气循环泵内部流动特性模拟

爪式氢气循环泵具有输气平稳、适应工况范围广、效率高等优点,是燃料电池系统的关键设备。建立了氢气循环泵数学模型,数值模拟了其内部流动特性,获得了工作腔内流场分布规律。结果表明:转子工作过程存在等容输送过程,形成的两侧工作腔内气体压力、温度均存在差异,泄漏导致容积较小的工作腔内压力较高,两者压力差约为8.1 kPa。两侧工作腔内压力随间隙、吸排气压力的增大而增大,温度随吸气压力的增大而减小。转子最大热变形位于转子爪尖处。模拟结果与实验值基本吻合,验证了模拟方法的准确性。

氢气循环泵技术发展综述

氢气循环泵是燃料电池发动机供氢系统核心部件之一,主要作用是实现燃料电池堆内氢气的循环利用,并促进燃料电池堆内部水平衡。氢气循环泵性能的好坏对燃料电池发动机的性能输出有着重要的影响。针对当前行业内氢气循环泵多元化的发展现状,通过对比现阶段市场主流氢气循环泵的性能和参数,并结合目前行业发展现状对氢气循环泵的技术发展和趋势进行了详细分析。

燃料电池用爪式氢气循环泵性能影响因素分析

文章设计了3种间隙的爪式氢气循环泵,在氢气环境试验台上完成了氢气循环泵的性能测试,并且采用相同的方法测试了某罗茨式氢气循环泵。结果表明:进气压力和压升不变时,转速增加时,流量、容积效率、功率和系统效率均增加;转速和压升不变时,间隙越小的氢气循环泵的流量和容积效率越大,功率越低,系统效率越高;压升和转速不变时,流量随进气压力增加而增加。与罗茨氢泵相比,在相同进气压力和最高转速下,爪式泵的流量受压升的影响更小,容积效率和效系统率更高。

质子交换膜燃料电池氢气循环泵控制方法综述

近年来,氢氧燃料电池以其功率密度高、燃料加注快捷、续航能力易拓展的优势,在商用车领域取得越来越广泛的应用。氢气循环泵是氢氧燃料电池系统中的关键部件,为燃料电池阳极提供气体循环,提升系统效率与单体一致性。本文对氢气循环泵的控制方法进行综述,包括基速以下控制、基速以上弱磁控制和PWM电压调制方法,为氢气循环泵控制方案的选择提供理论指导。

2DZ5.5-1.8/285-320型氮氢气循环压缩机活塞杆断裂事故原因分析

活塞杆断裂是活塞式压缩机运行中发生率较高的重大事故 ,通过对断裂的活塞杆的材质检验和断口分析发现活塞杆基体组织、力学性能、机加工和热处理都存在一定问题 。

车用凸轮式氢气循环泵内非定常流动特性

为了研究高转速工况下车用凸轮式氢气循环泵内部流场分布规律和压力脉动特性,以某一种车用凸轮式氢气循环泵为研究对象,建立三维瞬态计算流体力学模型,基于ANSYS Fluent软件的动网格技术,采用Realizable k-ε湍流模型和PISO压力-速度耦合算法,对氢气循环泵全流道进行非定常可压缩数值模拟.通过在氢气循环泵旋转流道周向设置压力脉动监测点,应用快速傅里叶变换(FFT)技术获得各监测点的压力脉动频域图,得到流道内压力脉动频率分布规律.将数值模拟结果和理论分析结果进行对比,验证了基于动网格技术的数值模拟方法能较准确地预测车用凸轮式氢气循环泵内流脉动特性.研究结果表明:数值模拟得到的排气流量平均值和理论分析结果误差为4.7%,可以较准确地反映泵内部气体流量脉动规律;通过分析排气流道内涡量场分布,发现排气流道内出口回流和负的z向涡量正相关,随着出流气体占据排气流道,负的z向涡量消失;氢气循环泵旋转流道周向压力脉动主频为267 Hz,与转子旋转基频一致.研究结果为进一步分析凸轮式氢气循环泵内流脉动特性提供了一定依据.

氮氢气循环压缩机活塞杆疲劳断裂的力学分析

往复活塞式压缩机的活塞杆受力复杂 ,断裂事故发生率高。主要断裂形式为疲劳断裂 ,其它断裂类型较少。通过对某事故活塞杆进行力学分析和具体的力学计算可知 ,在活塞杆的危险截面上 ,若存在加工缺陷或原始裂纹 ,在工作循环载荷作用下 。

D-23.5/131-143氮氢气循环压缩机气阀改造

D-23.5/131-143氮氢气循环压缩机是四川美丰化工股份有限公司德阳分公司新建200 kt/a合成氨及300 kt/a尿素工程的关键设备之一。该压缩机装机试运行时,电机电流过大,严重影响整个系统的正常运行。通过分析发现,该压缩机气阀通流面积过小,为此,从气阀结构型式、气流通道等方面对该压缩机气阀进行改造。改造后的气阀装机投用后,压缩机电机电流得到较大幅度下降且具有良好的可靠性。

燃料电池发动机氢气循环设计方案综述

燃料电池发动机氢气循环主要作用是为电堆提供一定压力和流量的氢气,并且帮助电堆实现内部水平衡。氢气循环方案的设计对整车动力性、经济性以及燃料电池发动机寿命、可靠性乃至电堆内部水管理等都有着至关重要的影响。本文通过对比各大主流主机厂与科研院所的氢气循环设计方案,分析不同方案的优缺点,同时分析未来氢气循环方案研发的热点与方向。

质子交换膜燃料电池氢气循环系统的发展现状

质子交换膜燃料电池因其工作温度低、启动时间短等优势在交通运输领域有良好的产业化前景。而氢气循环系统是质子交换膜燃料电池的燃料在阳极的循环输运系统,是燃料电池的关键技术之一。阐述了引射器、氢气循环泵2种实现氢气循环技术的原理、系统结构和研究现状,并通过对比2种方案,指出了未来氢气循环系统的发展方向。

氢气循环压缩机气流脉动的控制

针对应用于石油化学工业当中的对动式氢气循环压缩机的特点，提出一种以平面小波动理论为基础的有效控制其气流脉动方法．

旋涡式氢气循环泵的设计及性能分析

氢气循环泵是质子交换膜燃料电池(PEMFC)发动机核心零部件之一,本文针对氢气密度低,且氢气极易发生泄漏的问题,设计了一种结构紧凑的旋涡式氢气循环泵。以该氢气循环泵的三维流场为研究对象,建立了泵腔流场的CFD数值计算模型,利用Fluent软件进行内部流场仿真计算,分析了不同转速下的氢气循环泵的的性能特性,确定了该氢气循环泵的最小转速,通过与实验数据的对比分析,验证了该计算模型的可行性和准确性。实验结果表明:氢气循环泵电机转速控制稳定,气密性良好;氢气循环泵随着进口压力提高,氢气循环量将逐渐增大,在16000r/min条件下,氢气泵入口从35kPa升到145kPa,氢气循环流量从140L/min增加到330L/min,氢气循环量满足30kW燃料电池发电系统需求。

氢气循环压机密封结构改造

依据实际工况,选择恰当方式对国外引进设备氢气循环压机进行了改造,相关的技术内容供企业同行参考。

氢气循环条件下燃料电池中氮气和水传输特性研究

质子交换膜燃料电池系统在氢气循环的运行过程中,阴极侧空气中的氮气和水会穿过质子交换膜渗透到阳极并逐渐积累,降低阳极的氢气浓度,影响燃料电池系统的发电性能。通过研究电堆结构参数和运行参数对氮气和水从阴极渗透到阳极的传输过程,发现氮气的渗透主要受膜厚度、膜湿度和气体压力的影响,而水的渗透除了膜厚影响以外,还受电流的大小的影响。这些结果为氢气循环条件下燃料电池系统稳定运行和制定合理的尾气排放策略提供理论依据和设计参数。

质子交换膜燃料电池氢气循环过程的稳态模拟与分析

为保证质子交换膜燃料电池在发电和交通领域的稳定高效应用,通常采用阳极氢气循环的方法提高氢气利用率,同时提升燃料电池的性能和寿命。本文以一个氢气循环模式的燃料电池系统为研究对象,对循环泵、阴极外加湿、阳极排气阀等进行了设计,并对氢气循环过程进行了稳态系统建模、计算与分析,研究了氢气循环比、运行温度、运行压力、电流密度对系统水气平衡和电效率的影响。

燃料电池氢气循环系统综述

燃料电池是目前最具潜力的氢能利用方式之一。氢气循环系统主要用于将未反应完全的氢气循环输送至电堆阳极,提高氢气利用率及电堆效率,是燃料电池的核心组成部分。综述了几种燃料电池氢气循环系统方案,分析了不同方案的工作原理,重点介绍了引射器方案以及氢气循环泵方案,对比了不同氢气循环方案的优缺点,指出了未来燃料电池氢气循环系统的研究热点及发展方向。