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原文传递燃料电池发动机加湿技术数值仿真和实验研究

论文题名：	燃料电池发动机加湿技术数值仿真和实验研究
关键词：	用燃料电池发动机;加湿技术;数值仿真;加湿器;焓轮;物理仿真模型;实验研究;燃料电池汽车;质子交换膜;系统匹配;数学;测试试验台;作者;仿真结果;有限差分法;湿特性;同济大学;仿真计算;测试平台;设计
摘要：	本论文的研究来源于国家863计划电动汽车重大专项课题。论文以国内外一些企业、高校、研究所等对燃料电池加湿技术的研究为基础，参考了几种加湿方案，比较各自的优缺点，最终将焓轮加湿器作为本文的研究对象。在研究方法上，采用理论与实验相结合，本文作者一方面设计、加工了一个焓轮加湿器，并在同济大学燃料电池发动机系统匹配测试试验台上完成了焓轮加湿器的实验研究工作；另一方面，作者建立了焓轮加湿器数学—物理仿真模型，开发了燃料电池发动机用焓轮加湿器的仿真计算程序，并对焓轮加湿器进行了仿真计算。最后，将实验结果与仿真结果对照，验证了焓轮加湿器数学—物理仿真模型的正确性与准确性。接着，利用仿真模型模拟焓轮加湿器加湿特性，得到了焓轮加湿器的一些加湿规律。本文作者参与了同济大学燃料电池发动机系统匹配测试试验台的方案设计、工程设计、加工、安装、调试及试验工作。该大功率、多工况燃料电池发动机系统匹配测试平台在国内尚属首次。目前，国内关于燃料电池加湿技术，特别是考虑到燃料电池汽车实际使用工况加湿技术的研究几乎是一片空白。本论文中利用燃料电池发动机系统匹配测试平台对焓轮加湿器进行了全面的试验研究，在国内尚属首次，同时，本文建立的焓轮加湿器数学—物理仿真模型也为燃料电池发动机焓轮加湿器的理论研究奠定了理论基础。论文共分七章，主要研究内容如下：第一章引言介绍了本课题的研究背景及意义，接着提出燃料电池的概念，并讲述燃料电池的优点，然后对燃料电池汽车用质子交换膜型燃料电池做了更深层次的描述，并回顾了其国内外的发展历程。最后引出本文的研究目的和内容。第二章详细说明了质子交换膜中的水传递机理，既然本论文要研究燃料电池加湿技术，则必然先要弄清楚水分在质子交换膜中是如何传递的，在弄清楚这一问题之后，本文作者对于国内外提出的多种加湿方法一一作了介绍，其中包括：内增湿、鼓泡法加湿、液态水喷射加湿、湿膜加湿、中空纤维加湿、焓轮加湿、自增湿等。第二章介绍完每种加湿方法的原理之后，第三章中作者对这一系列加湿方法做了性能优劣对比，由于焓轮加湿器具有其独特的优点，使得焓轮加湿器在燃料电池汽车上应用成为可能。考虑到焓轮加湿器是一个全新的产品，在本章最后对焓轮加湿器的原理、主要零部件作了详细的说明，并介绍了作者设计焓轮加湿器的思路。第四章是焓轮加湿器的实验研究。首先详细介绍了焓轮加湿器实验所用的燃料电池发动机系统匹配与测试试验台。对试验台的功能及各个子系统作了全面的说明。接着详细讲述了焓轮加湿器的实验，包括实验目的、实验设备、实验原理、实验方法等，同时列出了实验结果，并对实验结果进行了数据处理和分析，得出了焓轮加湿器的加湿特性。第五章是焓轮加湿器的理论研究。首先介绍建立仿真模型的目的和焓轮加湿器的数学—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，利用有限差分法将偏微分方程组转化为代数方程组，然后用数值法求解。利用本文作者编制的仿真模型对实验工况的焓轮加湿器进行了仿真计算，得出了加湿量和加湿空气出口温度仿真结果，仿真结果与实验数据吻合的较好。充分说明了，本文建立起来的焓轮加湿器数学－物理仿真模型是可行的，并且是准确的。在第五章已经验证了焓轮加湿器数学—物理仿真模型是正确的基础上，第六章即要发挥焓轮加湿器数学—物理仿真模型的作用，利用此仿真模型模拟焓轮加湿器的加湿特性。从仿真模拟结果得出了焓轮加湿器的一些加湿规律。第七章是对本论文的总结，并指出焓轮加湿器需要进一步完善和开展的研究内容。关键词：燃料电池汽车质子交换膜加湿焓轮加湿器数学—物理仿真模型
作者：	程钦
专业：	动力机械及工程
导师：	许思传
授予学位：	硕士
授予学位单位：	同济大学汽车学院
学位年度：	2006
正文语种：	中文