空气轴承支撑的燃料电池离心空压机转子动力学分析

根据燃料电池系统对空压机提出高压比、大流量、高效率的需求,设计了高转速两级压缩电动离心式空压机,采用动压空气轴承作为转子的支撑,利用DyRoBes软件DyRoBes-Rotor转子动力学软件包,对燃料电池离心空压机转子动力学特性进行了分析。分析结果表明:空压机的一阶弯曲临界转速为3168 Hz,远高于转子系统的最高运行转速的30%;对应的振动模态为弯曲模态,在运行转速范围内轴心轨迹总跳动比值小于20%,最大轴承受力为60 N,远低于轴承承载能力100 N,为轴承和转子进一步优化提供参考。

基于CFD仿真的燃料电池离心空压机叶轮的优化设计

由于传统车用涡轮增压器叶轮的效率、流量以及压比等各项性能无法满足设计要求,针对这个问题,通过调节其叶轮子午型线、叶片角度、叶片数量和出口宽度等参数,利用CFD仿真对其进行了重新设计,最终设计出了一款可应用于燃料电池离心空压机的新叶轮,并对新叶轮的各项性能进行了分析。结果表明:该新叶轮的流量增加了21.4%,设计点的压比提高了32.4%,等熵效率增加了7.5%,达到了某车用燃料电池空压机的设计目标要求。

可调进口导叶在两级同轴离心压气机上的应用

为提高用于氢燃料电池的两级同轴离心压气机非设计工况点效率,基于某直叶片翼型,为该压气机低、高压级设计了可调进口导叶,并用基于雷诺平均N-S方程的SST模型对不同的导叶开启角度做了整级CFD,获取了该工况点最高效率的可变进气导叶开启角度。通过调节导叶,非设计工况点的效率最高提升1.6%,证明了VIGV在提升两级离心压气机高效工作范围的可行性。同时通过分析带VIGV与不带VIGV的压气机流场,解释了VIGV改善两级同轴离心压气机性能的原理。