本文關(guān)鍵詞：燃料電池用無油渦旋壓縮膨脹一體機的設(shè)計與研究

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【摘要】：燃料電池汽車是未來新能源汽車的發(fā)展方向。但是由于技術(shù)和成本方面的因素制約,現(xiàn)在還沒有廣泛應(yīng)用。在燃料電池汽車中的各項技術(shù)中,車載供氣模塊是其關(guān)鍵技術(shù)之一。而作為供氣模塊主體的渦旋壓縮膨脹一體機,滿足燃料電池系統(tǒng)全無油、體積小、噪音低等特點,除此之外,一體機還集成了尾氣能量回收裝置。本文以某公司燃料電池汽車動力系統(tǒng)項目開發(fā)為背景,承擔設(shè)計一款用于供氣和尾能量回收的無油渦旋壓縮膨脹一體機的工作。圍繞設(shè)計目標,開展如下研究工作:在無油渦旋壓縮膨脹一體機的技術(shù)要求下進行方案分析與設(shè)計。理論方面,進行渦旋型線的設(shè)計與齒頭修正、工作面積容積求解、容積比壓力比的求解、動平衡的設(shè)計等,并對一體機工作中重要的溫度和傳熱因素進行分析,設(shè)計了散熱方案。在理論分析的基礎(chǔ)上對關(guān)鍵部件進行受力分析,并建立力學(xué)模型。結(jié)構(gòu)方面,在技術(shù)指標前提下做設(shè)計分析和計算,對不同結(jié)構(gòu)進行詳細分析,確定各部分的結(jié)構(gòu)形式,確定設(shè)計參數(shù),進行完整的結(jié)構(gòu)設(shè)計。對一體機中最關(guān)鍵的動、定渦旋盤進行有限元仿真。分析了在特定氣體載荷與溫度載荷耦合作用下渦旋齒的形變與應(yīng)力的變化,并在氣體、溫度載荷變化的情況下,研究其形變的變化規(guī)律。被壓縮的氣體對渦旋齒產(chǎn)生氣體力載荷,由氣體被壓縮、動靜盤間的摩擦產(chǎn)生的溫度載荷,會引起動盤的熱變形與熱應(yīng)力。結(jié)果表明,溫度載荷是影響渦旋齒變形的主要因素;耦合作用下渦旋齒最大變形發(fā)生在渦旋齒頭頂部。變形與應(yīng)力值均在允許范圍內(nèi)。
【關(guān)鍵詞】：燃料電池 渦旋壓縮機 渦旋盤 ANSYS Workbench
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U469.722
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 緒論8-15
• 1.1 燃料電池汽車發(fā)展狀況概述8-11
• 1.2 車用燃料電池空壓機國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11-13
• 1.3 燃料電池汽車能量回收現(xiàn)狀13-14
• 1.4 課題主要研究內(nèi)容14-15
• 第2章 渦旋機械的工作原理與特性15-22
• 2.1 渦旋壓縮機、膨脹機的結(jié)構(gòu)與工作原理15-17
• 2.1.1 渦旋壓縮機結(jié)構(gòu)與原理15-16
• 2.1.2 渦旋膨脹機結(jié)構(gòu)與原理16-17
• 2.2 渦旋壓縮機、膨脹機的特點17-18
• 2.3 渦旋機械的發(fā)展與應(yīng)用18-21
• 2.4 本章小結(jié)21-22
• 第3章 渦旋壓縮膨脹一體機理論分析與力學(xué)模型22-38
• 3.1 渦旋幾何理論22-28
• 3.1.1 渦旋型線與修正22-24
• 3.1.2 圖形面積格林公式24-25
• 3.1.3 工作腔容積25-27
• 3.1.4 容積比與壓力比27-28
• 3.2 熱力分布與傳熱28-30
• 3.2.1 熱傳遞方式28
• 3.2.2 傳熱模型28-29
• 3.2.3 熱分析邊界條件29-30
• 3.2.4 熱力學(xué)分析假設(shè)30
• 3.3 動平衡理論設(shè)計30-32
• 3.4 一體機力學(xué)模型32-37
• 3.4.1 動渦旋盤力學(xué)模型32-35
• 3.4.2 偏心小軸力學(xué)模型35-36
• 3.4.3 主軸力學(xué)模型36-37
• 3.5 本章小結(jié)37-38
• 第4章 渦旋壓縮膨脹一體機方案設(shè)計38-53
• 4.1 技術(shù)要求38-39
• 4.2 設(shè)計分析與計算39-45
• 4.2.1 性能指標分析39-40
• 4.2.2 功率計算40-41
• 4.2.3 排氣量與溫度分析41-42
• 4.2.4 渦旋盤主要結(jié)構(gòu)參數(shù)42-43
• 4.2.5 進、排氣口面積計算43-45
• 4.3 無油渦旋壓縮膨脹一體機結(jié)構(gòu)設(shè)計45-50
• 4.3.1 基本結(jié)構(gòu)介紹45-46
• 4.3.2 傳動結(jié)構(gòu)46-47
• 4.3.3 防自轉(zhuǎn)機構(gòu)47-48
• 4.3.4 動定渦旋盤48-49
• 4.3.5 密封設(shè)計49-50
• 4.4 設(shè)計可行性對比驗證50-52
• 4.5 本章小結(jié)52-53
• 第5章 動定渦旋盤形變與應(yīng)力的有限元分析53-68
• 5.1 有限元分析法與ANSYS Workbench軟件53-54
• 5.2 仿真前處理54-59
• 5.2.1 建立三維模型55
• 5.2.2 劃分網(wǎng)格55-56
• 5.2.3 新建材料56
• 5.2.4 施加位移約束56-57
• 5.2.5 施加載荷57-59
• 5.3 計算求解59-60
• 5.4 仿真結(jié)果與分析60-66
• 5.4.1 氣體載荷作用下動定盤變形60-62
• 5.4.2 溫度載荷作用下動定盤變形62-63
• 5.4.3 耦合作用下動定盤變形與應(yīng)力63-65
• 5.4.4 變載荷作用分析65-66
• 5.5 可靠性分析66-67
• 5.6 本章小結(jié)67-68
• 第6章 結(jié)論與展望68-69
• 致謝69-70
• 參考文獻70-74
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果74

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本文編號：1065591