本文關(guān)鍵詞：燃料電池有軌電車電池箱設(shè)計及輔機(jī)艙溫度場分析

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【摘要】：隨著人們對有軌電車技術(shù)的研究,燃料電池有軌電車成為研究的重點,使得有軌電車可以像內(nèi)燃機(jī)一樣完全擺脫牽引供電系統(tǒng)。而燃料電池箱是燃料有軌電車的動力來源,燃料電池箱性能的優(yōu)良與否、質(zhì)量可靠與否直接影響到燃料電池有軌電車的正常行車。因此,設(shè)計出一套合格的燃料電池箱是至關(guān)重要的。本課題的研究對象是自主設(shè)計的燃料電池箱,應(yīng)用于燃料電池有軌電車上。針對燃料電池箱的設(shè)計目標(biāo)和使用環(huán)境,提出了設(shè)計要求、設(shè)計原則和設(shè)計內(nèi)容,并說明了設(shè)計的步驟以及設(shè)計中應(yīng)注意的問題。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行燃料電池箱各部件的設(shè)計,設(shè)計出一套完整的燃料電池箱。針對已經(jīng)設(shè)計完成的燃料電池箱,基于有限元方法,完成其有限元模型的建立。利用Hyperwork軟件分析了燃料電池箱體在8種不同工況下的強(qiáng)度情況,得到了應(yīng)用分布云圖。從仿真結(jié)果中可以看出,在8種工況下,它們的最大應(yīng)力均小于許用應(yīng)力,即燃料電池箱體完全符合強(qiáng)度需求�？紤]到燃料電池箱體中的輔機(jī)艙空間狹窄、安裝的器件較多、布局密集且器件散熱量較多。本文還建立了輔機(jī)艙內(nèi)空氣流動與換熱的物理和數(shù)學(xué)模型,具體描述了一些常用的湍流模型和它們的應(yīng)用場合。以此為基礎(chǔ),利用FLUENT軟件,采用SIMPLE算法對輔機(jī)艙內(nèi)的溫度場進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析,得到溫度分布云圖和速度分布云圖,并將得到的仿真結(jié)果與實驗結(jié)果進(jìn)行對比,校驗得出仿真模型的合理性。在輔機(jī)艙溫度場穩(wěn)態(tài)分析的基礎(chǔ)上,根據(jù)燃料電池的電流變化曲線,編寫UDF函數(shù),利用FLUENT軟件對輔機(jī)艙溫度場進(jìn)行瞬態(tài)分析,得到輔機(jī)艙內(nèi)的溫度隨時間變化的曲線及不同時間點的溫度分布云圖。通過仿真結(jié)果與實驗結(jié)果的對比,驗證了瞬態(tài)仿真模型的準(zhǔn)確性。
【關(guān)鍵詞】：燃料電池箱 輔機(jī)艙 強(qiáng)度分析 FLUENT軟件 溫度場分析
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U482.1
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-18
• 1.1 選題的背景及研究意義11-14
• 1.1.1 選題的背景11-12
• 1.1.2 研究意義12-14
• 1.2 研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.1 電池箱的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 數(shù)值計算方法的研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容17-18
• 第2章 燃料電池箱結(jié)構(gòu)設(shè)計18-28
• 2.1 設(shè)計燃料電池箱的基本要求、基本內(nèi)容以及遵守的原則18-20
• 2.1.1 燃料電池箱的設(shè)計要求18-19
• 2.1.2 燃料電池箱的設(shè)計原則19
• 2.1.3 燃料電池箱的設(shè)計內(nèi)容19-20
• 2.2 燃料電池箱的設(shè)計步驟20-21
• 2.3 設(shè)計燃料電池箱時應(yīng)注意的事項21
• 2.4 燃料電池箱各部件的設(shè)計21-25
• 2.4.1 燃料電池箱體框架的設(shè)計22
• 2.4.2 燃料電池箱體面板的設(shè)計22-23
• 2.4.3 燃料電池箱蓋的設(shè)計23-24
• 2.4.4 燃料電池箱內(nèi)其他部件的設(shè)計24
• 2.4.5 燃料電池箱空間位置的校核24-25
• 2.5 燃料電池箱示例25-27
• 2.6 本章小結(jié)27-28
• 第3章 燃料電池箱體的強(qiáng)度分析28-44
• 3.1 有限元法簡介28
• 3.2 Hyperworks軟件介紹28-29
• 3.3 燃料電池箱體有限元模型的建立29-33
• 3.3.1 燃料電池箱體幾何模型的導(dǎo)入29-30
• 3.3.2 三維幾何模型的簡化30-31
• 3.3.3 網(wǎng)格劃分31-32
• 3.3.4 載荷的確定32-33
• 3.3.5 強(qiáng)度評定辦法33
• 3.4 燃料電池箱體強(qiáng)度分析結(jié)果33-43
• 3.4.1 燃料電池箱體框架強(qiáng)度計算結(jié)果34-37
• 3.4.2 腳架強(qiáng)度計算結(jié)果37
• 3.4.3 箱體面板強(qiáng)度計算結(jié)果37-43
• 3.4.4 結(jié)論43
• 3.5 本章小結(jié)43-44
• 第4章 輔機(jī)艙溫度場的穩(wěn)態(tài)分析44-61
• 4.1 流體力學(xué)模型的建立44-46
• 4.1.1 質(zhì)量守恒方程44-45
• 4.1.2 動量守恒方程45
• 4.1.3 能量守恒方程45-46
• 4.2 FLUENT軟件介紹46-48
• 4.2.1 FLUENT的求解技術(shù)47
• 4.2.2 FLUENT分析的操作過程47-48
• 4.3 FLUENT數(shù)值分析過程48-59
• 4.3.1 輔機(jī)艙三維模型的簡化48-50
• 4.3.2 網(wǎng)格劃分50-51
• 4.3.3 網(wǎng)格質(zhì)量評估51
• 4.3.4 模型的選擇51-52
• 4.3.5 材料屬性的設(shè)置52
• 4.3.6 邊界條件的設(shè)置52-56
• 4.3.7 調(diào)節(jié)控制參數(shù)并進(jìn)行求解56
• 4.3.8 仿真結(jié)果56-59
• 4.4 實驗驗證59-60
• 4.5 本章小結(jié)60-61
• 第5章 輔機(jī)艙溫度場的瞬態(tài)分析61-73
• 5.1 UDF的基本理論與應(yīng)用61-62
• 5.1.1 UDF的基本理論61
• 5.1.2 UDF的應(yīng)用61-62
• 5.2 輔機(jī)艙溫度場的瞬態(tài)計算62-64
• 5.2.1 空壓機(jī)入口處邊界條件的設(shè)置62
• 5.2.2 水泵進(jìn)出管熱邊界條件的設(shè)置62-63
• 5.2.3 空壓機(jī)熱邊界條件的設(shè)置63-64
• 5.2.4 變頻器熱邊界條件的設(shè)置64
• 5.2.5 求解計算64
• 5.3 仿真結(jié)果64-67
• 5.4 實驗分析67-72
• 5.5 本章小結(jié)72-73
• 結(jié)論73-74
• 致謝74-75
• 參考文獻(xiàn)75-79
• 附錄79-82

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本文編號：732569