本文關鍵詞：基于流量計法的燃料電池汽車氫氣消耗量檢測方法研究

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【摘要】：燃料電池汽車已成為解決全球環(huán)境與能源問題的理想方案之一,氫氣消耗量的準確測量成為其研究、開發(fā)和示范運行迫切需要解決的問題。目前氫氣消耗量檢測的主要方法有質量法、溫度壓力法和流量計法。流量計法與質量法和溫度壓力法相比,能進行瞬態(tài)氫氣消耗量的測量,而且可由試驗臺的應用擴展到實際燃料電池車的氫氣消耗量檢測中。因此,流量計法的研究具有更大的實用價值,但是現(xiàn)有的研究表明,流量計法在瞬態(tài)測量和車用條件下誤差較大。 課題調研和分析氫氣消耗量檢測流量計法發(fā)展現(xiàn)狀,利用ANSYS-CFD平臺對科氏流量計進行建模及仿真分析,得出不同介質對科氏流量計測量精度的影響。通過對各種流量標準裝置的對比,確定了用音速噴嘴裝置對質量流量計進行實流標定以提高其測量精度的方法。根據(jù)燃料電池汽車氫氣消耗量檢測流量計法的實際測試需求,確定了標定的氫氣流量范圍以及音速噴嘴裝置的形式。 針對現(xiàn)有的音速噴嘴氫氣流量計標定裝置,分析測控系統(tǒng)需要的功能,完成硬件系統(tǒng)的設計和硬件的集成及調試,基于Labview集成環(huán)境開發(fā)音速噴嘴氫氣流量計標定裝置測控系統(tǒng)軟件,并完成軟硬件系統(tǒng)聯(lián)調。 其次,確定音速噴嘴氫氣流量計標定裝置在實際應用中的數(shù)學計算模型,利用氫氣的真實氣體顯式亥姆霍茲能量方程,用非線性二元牛頓迭代法計算得出氫氣的實際氣體臨界流函數(shù)。對裝置不確定度進行分析,根據(jù)試驗需求分析對裝置結構進行優(yōu)化,用質量法對裝置不確定度進行驗證試驗。對影響裝置流量穩(wěn)定性的因素進行分析,針對氣源壓力的影響,設計氣瓶組排架,根據(jù)流量穩(wěn)定性評估方法,進行流量穩(wěn)定性試驗。根據(jù)音速噴嘴標定質量流量計的標定原理,提出分段線性插值的標定方法。 最后,本文根據(jù)試驗需求,確定了具體的試驗流程,完成了試驗前的準備工作。對試驗過程中,兩種質量流量計測量誤差的來源進行理論分析和試驗研究。在氮氣及氫氣環(huán)境下,分別對熱式流量計和氫氣流量計進行標定試驗,并對試驗結果進行分析。此外,用熱式控制器模擬實際工況,進行氮氣放氣試驗,對科氏流量計和熱式流量計的動態(tài)測量精度進行驗證,確定標定后科氏流量計和熱式流量計的動態(tài)測量精度,為燃料電池汽車氫氣消耗量檢測流量計法提供參考依據(jù)。
【關鍵詞】：氫氣消耗量檢測 流量計法 音速噴嘴 標定
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U469.722;TH814
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-8
• 目錄8-11
• 1 引言11-19
• 1.1 課題背景11-17
• 1.1.1 燃料電池汽車發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.1.2 燃料電池汽車氫氣消耗量檢測方法研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2 課題研究內容及意義17-18
• 1.2.1 研究內容17
• 1.2.2 課題意義17-18
• 1.3 本章小結18-19
• 2 流量計法基礎研究19-39
• 2.1 氫氣消耗量檢測方法原理19-21
• 2.1.1 質量法19
• 2.1.2 溫度壓力法19-20
• 2.1.3 流量計法20-21
• 2.2 流量計工作原理21-24
• 2.2.1 熱式流量計工作原理21-22
• 2.2.2 科氏流量計工作原理22-24
• 2.3 科氏流量計建模與仿真分析24-33
• 2.3.1 流體力學基本方程25-26
• 2.3.2 湍流方程26-28
• 2.3.3 幾何模型28-29
• 2.3.4 網(wǎng)格劃分及敏感性分析29
• 2.3.5 邊界條件29-30
• 2.3.6 仿真結果30-33
• 2.4 流量計標定方法研究33-37
• 2.4.1 流量標準裝置34-35
• 2.4.2 音速噴嘴裝置35-36
• 2.4.3 基于音速噴嘴的流量計標定方法36-37
• 2.5 本章小結37-39
• 3 音速噴嘴氫氣流量計標定裝置測控系統(tǒng)開發(fā)39-57
• 3.1 音速噴嘴氫氣流量計標定裝置簡介39-43
• 3.2 測控系統(tǒng)功能分析43
• 3.3 測控系統(tǒng)硬件開發(fā)43-47
• 3.3.1 測控系統(tǒng)硬件方案設計43-46
• 3.3.2 測控系統(tǒng)硬件集成46-47
• 3.4 系統(tǒng)軟件開發(fā)47-55
• 3.4.1 軟件功能分析47-48
• 3.4.2 軟件流程設計48-49
• 3.4.3 基于Labview的上位機軟件開發(fā)49-55
• 3.5 本章小結55-57
• 4 音速噴嘴裝置標定基礎理論與試驗研究57-79
• 4.1 音速噴嘴工作原理57
• 4.2 實際計算數(shù)學模型研究57-66
• 4.2.1 氫氣壓縮因子計算59
• 4.2.2 顯式亥姆霍茲能量方程59-61
• 4.2.3 元非線性牛頓迭代法61-62
• 4.2.4 氫氣等熵指數(shù)計算62-65
• 4.2.5 實際氣體臨界流函數(shù)計算65-66
• 4.3 裝置不確定度分析66-73
• 4.3.1 裝置不確定度計算66-68
• 4.3.2 裝置結構優(yōu)化68-70
• 4.3.3 裝置不確定度驗證試驗70-73
• 4.4 流量穩(wěn)定性分析及試驗73-76
• 4.4.1 影響流量穩(wěn)定性來源分析73-74
• 4.4.2 流量穩(wěn)定性評估方法74-75
• 4.4.3 流量穩(wěn)定性試驗75-76
• 4.5 標定方法研究76-78
• 4.5.1 標定原理76
• 4.5.2 標定方法76-78
• 4.6 本章小結78-79
• 5 質量流量計試驗79-93
• 5.1 試驗準備工作79-80
• 5.1.1 實驗室安全79
• 5.1.2 試驗裝置準備79-80
• 5.2 流量計測量誤差來源分析80-83
• 5.2.1 恒溫箱試驗80-82
• 5.2.2 脈動流對測量精度的影響分析82-83
• 5.3 穩(wěn)態(tài)試驗83-87
• 5.3.1 試驗流程設計83-84
• 5.3.2 氮氣試驗84-86
• 5.3.3 氫氣試驗86-87
• 5.4 動態(tài)試驗87-91
• 5.4.1 試驗設備87
• 5.4.2 試驗工況設計依據(jù)87-88
• 5.4.3 試驗結果88-91
• 5.5 本章小結91-93
• 6 總結與展望93-95
• 6.1 工作總結93-94
• 6.2 工作展望94-95
• 參考文獻95-99
• 作者簡歷及攻讀碩士學位期間取得的研究成果99-103
• 學位論文數(shù)據(jù)集103

【參考文獻】

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本文編號：555196