燃料電池離心壓縮機葉輪構型的參數優化及性能分析

離心壓縮機氣動性能在很大程度上影響著燃料電池系統的整體性能,高速高效高壓比小型化離心壓縮機的研制也是當前制約燃料電池發展的技術瓶頸之一

。這主要是由于離心壓縮機葉輪控制參數較多,但是這些控制參數還沒有統一的數學描述所造成的。因此,研究葉輪多參數控制與綜合優化方法對于提高離心壓縮機氣動性能和滿足燃料電池系統要求具有重要的理論意義和應用價值。

在離心壓縮機葉輪氣動性能優化方面,已有較為豐富的研究文獻可供參考。這些研究中,優化設計參數主要包括葉輪葉片數

、葉片進口角、葉片出口角

、出口直徑、尾緣傾角

、葉片厚度

、葉頂間隙

等葉輪結構參數以及葉片型線等復雜曲線控制參數。這些研究多集中于單一參數對離心壓縮機性能的影響,較少涉及到多參數的協同作用及耦合優化設計。另一方面,離心壓縮機葉輪構型的控制參數耦合性較強,不同參數匹配對離心壓縮機性能影響的機制也較復雜,因此應同時選取多構型參數進行葉輪設計,進而實現葉輪的全局優化。

離心壓縮機數值計算成本相對較高,在尋優工作中通常采用代理模型方法,通過訓練擬合變量與葉輪氣動性能的映射關系,降低優化過程的計算成本。代理模型種類較多,離心壓縮機優化過程常用模型包括響應面模型、Kriging模型、支持向量機、神經網絡等。萬玉等以65 kW燃料電池動力系統的離心空壓機……