空壓機(jī)是氫燃料電池系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，而電機(jī)直驅(qū)離心式壓氣機(jī)憑借其高效率等特點(diǎn)成為燃料電池系統(tǒng)的首選。為了克服軸向力和電機(jī)轉(zhuǎn)速限制問題，兩級(jí)背對(duì)背式離心壓縮機(jī)成為廣泛應(yīng)用的一種布局形式。然而該型離心壓縮機(jī)存在兩個(gè)串聯(lián)的離心葉輪和蝸殼，以及較長(zhǎng)的級(jí)間管道，部件之間性能相互影響，因而對(duì)設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)。本項(xiàng)目基于伴隨優(yōu)化方法針對(duì)氫燃料電池一型背對(duì)背式兩級(jí)離心式空壓機(jī)的葉輪、擴(kuò)壓器、蝸殼和級(jí)間管道等氣動(dòng)部件開展優(yōu)化設(shè)計(jì)。

對(duì)葉輪和擴(kuò)壓器完成建模、網(wǎng)格劃分和CFD計(jì)算，分析內(nèi)部流場(chǎng)，探究流動(dòng)機(jī)理和影響效率的關(guān)鍵。再進(jìn)行伴隨優(yōu)化設(shè)計(jì)，完成對(duì)葉輪及擴(kuò)壓器效率和壓比的提升，為今后的其他類似項(xiàng)目打下基礎(chǔ)和工程依據(jù)

對(duì)蝸殼及級(jí)間管道進(jìn)行建模、網(wǎng)格劃分和CFD計(jì)算，研究氣流在管道中的流態(tài)，進(jìn)行伴隨優(yōu)化設(shè)計(jì)，完成對(duì)蝸殼及管道進(jìn)出口壓降的降低和出口流態(tài)的均勻度提升，為蝸殼及管道優(yōu)化提供經(jīng)驗(yàn)

1、 完成了各氣動(dòng)部件的仿真計(jì)算，得到了其性能曲線；

2、 進(jìn)行了流場(chǎng)分析，得出影響葉輪效率的關(guān)鍵為葉輪中部葉片的大角度彎曲葉型和對(duì)應(yīng)位置的大轉(zhuǎn)折流道會(huì)導(dǎo)致分離產(chǎn)生，同時(shí)葉頂間隙也會(huì)有泄漏生成；影響管道和蝸殼的流動(dòng)因素主要為大轉(zhuǎn)折的流道帶來的二次流；

3、 完成了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使低壓級(jí)效率提升2.0%，高壓級(jí)效率提升1.8%，改善了管道和蝸殼內(nèi)部的流態(tài)，其壓降的降低幅度達(dá)到了10%左右；

4、 進(jìn)行了整體耦合計(jì)算，優(yōu)化后效率提升了0.4%，壓比提升了1.7%，內(nèi)部流態(tài)明顯改善。