燃料電池發(fā)動機加濕技術(shù)數(shù)值仿真和實驗研究.pdf

1、本論文的研究來源于國家863計劃電動汽車重大專項課題。論文以國內(nèi)外一些企業(yè)、高校、研究所等對燃料電池加濕技術(shù)的研究為基礎，參考了幾種加濕方案，比較各自的優(yōu)缺點，最終將焓輪加濕器作為本文的研究對象。在研究方法上，采用理論與實驗相結(jié)合，本文作者一方面設計、加工了一個焓輪加濕器，并在同濟大學燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)匹配測試試驗臺上完成了焓輪加濕器的實驗研究工作；另一方面，作者建立了焓輪加濕器數(shù)學—物理仿真模型，開發(fā)了燃料電池發(fā)動機用焓輪

2、加濕器的仿真計算程序，并對焓輪加濕器進行了仿真計算。最后，將實驗結(jié)果與仿真結(jié)果對照，驗證了焓輪加濕器數(shù)學—物理仿真模型的正確性與準確性。接著，利用仿真模型模擬焓輪加濕器加濕特性，得到了焓輪加濕器的一些加濕規(guī)律。本文作者參與了同濟大學燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)匹配測試試驗臺的方案設計、工程設計、加工、安裝、調(diào)試及試驗工作。該大功率、多工況燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)匹配測試平臺在國內(nèi)尚屬首次。目前，國內(nèi)關(guān)于燃料電池加濕技術(shù)，特別是考慮到燃料電

3、池汽車實際使用工況加濕技術(shù)的研究幾乎是一片空白。本論文中利用燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)匹配測試平臺對焓輪加濕器進行了全面的試驗研究，在國內(nèi)尚屬首次，同時，本文建立的焓輪加濕器數(shù)學—物理仿真模型也為燃料電池發(fā)動機焓輪加濕器的理論研究奠定了理論基礎。論文共分七章，主要研究內(nèi)容如下：第一章引言介紹了本課題的研究背景及意義，接著提出燃料電池的概念，并講述燃料電池的優(yōu)點，然后對燃料電池汽車用質(zhì)子交換膜型燃料電池做了更深層次的描述，并回顧了

4、其國內(nèi)外的發(fā)展歷程。最后引出本文的研究目的和內(nèi)容。第二章詳細說明了質(zhì)子交換膜中的水傳遞機理，既然本論文要研究燃料電池加濕技術(shù)，則必然先要弄清楚水分在質(zhì)子交換膜中是如何傳遞的，在弄清楚這一問題之后，本文作者對于國內(nèi)外提出的多種加濕方法一一作了介紹，其中包括：內(nèi)增濕、鼓泡法加濕、液態(tài)水噴射加濕、濕膜加濕、中空纖維加濕、焓輪加濕、自增濕等。第二章介紹完每種加濕方法的原理之后，第三章中作者對這一系列加濕方法做了性能優(yōu)劣對比，由于

5、焓輪加濕器具有其獨特的優(yōu)點，使得焓輪加濕器在燃料電池汽車上應用成為可能?？紤]到焓輪加濕器是一個全新的產(chǎn)品，在本章最后對焓輪加濕器的原理、主要零部件作了詳細的說明，并介紹了作者設計焓輪加濕器的思路。第四章是焓輪加濕器的實驗研究。首先詳細介紹了焓輪加濕器實驗所用的燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)匹配與測試試驗臺。對試驗臺的功能及各個子系統(tǒng)作了全面的說明。接著詳細講述了焓輪加濕器的實驗，包括實驗目的、實驗設備、實驗原理、實驗方法等，同時列出了

6、實驗結(jié)果，并對實驗結(jié)果進行了數(shù)據(jù)處理和分析，得出了焓輪加濕器的加濕特性。第五章是焓輪加濕器的理論研究。首先介紹建立仿真模型的目的和焓輪加濕器的數(shù)學—物理模型，研究了模型的求解方法。本文采用有限差分法求解仿真模型，利用有限差分法將偏微分方程組轉(zhuǎn)化為代數(shù)方程組，然后用數(shù)值法求解。利用本文作者編制的仿真模型對實驗工況的焓輪加濕器進行了仿真計算，得出了加濕量和加濕空氣出口溫度仿真結(jié)果，仿真結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)吻合的較好。充分說明了，本文