【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于map曲线的燃料电池引射器快速选型设计方法，尤其涉及用于匹配燃料电池系统的引射器快速选型设计方法，属于引射。
技术介绍
1、引射器是一种利用高速高能流体引射另一股低速低能流体的装置，通过边界参混作用实现引射流能量向被引射流传递，实现抽吸被引射流以及提高流体压力的作用。引射器具有简单易做、使用方便、适应性强、尺寸小、投资少以及无运动部件等突出的优点，在工农业生产和科学实验中已有大量应用，如预混式燃烧器、引射增压装置等。
2、在燃料电池系统中，引射器主要用来实现氢气循环和升压功能，满足燃料电池过量燃料供给和水吹除需要。由于引射器无机械运转部件，通过固定结构实现两股气流的混合和能量传递，其被引射流体流量、被引射流体压力与引射器出口的压差等引射器性能参数受引射器结构参数的直接影响，此外，燃料电池的流量-压差工作曲线对引射器的最优化结构参数有决定性作用。传统引射器设计方法通过数学模型或计算流体动力学模型对引射器结构参数进行优化，通常采用固定边界条件进行计算优化，未能将燃料电池流量-压差工作曲线动态边界条件考虑在内，导致引射器仿真计算边界条件偏离燃料电池系统实际，得不到最优的引射器结构参数。已有文献报道通过建立燃料电池流量-压差数学模型来引入动态边界条件，但需要建立复杂的燃料电池模型，面对不同特性的燃料电池电堆需要重新标定模型参数，无法满足引射器快速开发需求，且燃料电池流量-压差数学模型的仿真精度较难以保证。引射器设计仿真优化通常存在一定的技术门槛，导致在燃料电池系统中推广应用时存在难度，需要自研开发，难以
技术实现思路
1、本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于map曲线的燃料电池引射器快速选型设计方法，实现从固定边界条件快速准确获取引射器性能本征数据，无需建立复杂燃料电池模型即可引入燃料电池系统流量-压降动态特性。
2、本专利技术的技术解决方案是：一种基于map曲线的燃料电池引射器快速选型设计方法，其中：
3、依据燃料电池功率等级进行分级，每一级内引射器采用一套非敏感结构参数；建立引射器计算流体动力学模型，通过响应面仿真确定对应功率等级下引射器非敏感结构参数；
4、在每一电池功率等级下，建立每种引射器喷嘴直径条件下不同混合管直径的引射器压升和引流流量map图a；
5、提取每种引射器喷嘴直径下的map图a的上边界曲线，形成不同喷嘴直径的引射器性能上限曲线map图b；
6、将燃料电池电堆工作曲线与map图b不同喷嘴直径的引射器性能上限曲线相交，选择喷嘴直径满足最小孔径条件的曲线上纵坐标最大的交点，确定引射器喷嘴直径；
7、将燃料电池电堆工作曲线与选定的引射器喷嘴直径条件下的map图a相交，在上边界曲线交点处确定引射器混合管直径。
8、优选的，建立的引射器计算流体动力学模型是三维模型或二维旋转轴对称模型。
9、优选的，非敏感结构参数包含引射器混合管和扩张管长度、喷嘴与混合管间距、收缩管最大直径、扩散管夹角。
10、优选的，每种引射器喷嘴直径条件下不同混合管直径的引射器压升和引流流量map图a：
11、横坐标为引射器压升，亦即压差；纵坐标为引流流量，亦即循环氢气流量；每幅map图a在确定一种引射器喷嘴直径的情况下提供多条曲线，其中每条曲线表示该种引射器喷嘴直径下的某种混合管直径对应的引射器压升和引流流量关系。
12、优选的，提取每种引射器喷嘴直径下的map图a的上边界曲线，形成不同喷嘴直径的引射器性能上限曲线map图b，具体为：
13、取每幅map图a中多条曲线形成图形的每个横坐标对应的纵坐标最高点，其连线为所述上边界曲线。
14、优选的，不同喷嘴直径的引射器性能上限map图b中，横坐标为引射器压升，亦即压差；纵坐标为引流流量，亦即循环氢气流量；其中每条曲线表示不同喷嘴直径的引射器性能上限所对应的引射器压升和引流流量关系。
15、优选的，map图a中同一引射器喷嘴直径下不同混合管直径的引射器压升和引流流量关系数据和map图b中不同喷嘴直径的引射器性能上限数据能够基于仿真计算得到，或基于试验测试得到。
16、优选的，将燃料电池电堆工作曲线与map图b不同喷嘴直径的引射器性能上限曲线相交，选择喷嘴直径满足最小孔径条件的曲线上纵坐标最大的交点，确定引射器喷嘴直径，具体为：
17、确定系统输入条件允许的最高引射器入口压力条件，根据电堆额定工况点的气体消耗流量，按照小孔节流公式计算出该流量条件下的最小孔径d，选择map图b中喷嘴直径大于该孔径d的曲线，将燃料电池电堆工作曲线与map图b中选出的曲线相交，交点中纵坐标值最大的交点对应的喷嘴直径为选型得到的引射器喷嘴直径。
18、优选的，将燃料电池电堆工作曲线与选定的引射器喷嘴直径条件下的map图a相交，在上边界曲线交点处确定引射器混合管直径，其中：上边界曲线交点为燃料电池电堆工作曲线与map图a中多条曲线交点中纵坐标最高点，该最高点所在曲线对应的混合管直径为优化选型参数。
19、本专利技术还提供一种基于map曲线的燃料电池引射器快速选型设计系统，其特征在于包括：数据库建立模块和引射器匹配设计模块，其中：
20、数据库建立模块：依据燃料电池功率等级进行分级，每一级内引射器采用一套通用的非敏感结构参数；建立引射器计算流体动力学模型，通过响应面仿真确定对应功率等级下引射器非敏感结构参数；建立每种引射器喷嘴直径条件下不同混合管直径的引射器压升和引流流量map图a数据库；根据map图a数据库建立map图b，具体为：提取不同引射器喷嘴直径下的map图a的上边界曲线，形成不同喷嘴直径的引射器性能上限曲线map图b；
21、引射器匹配设计模块：将燃料电池电堆工作曲线与map图b不同喷嘴直径的引射器性能上限曲线相交，选择喷嘴直径满足最小孔径条件的曲线上纵坐标最大的交点，确定引射器喷嘴直径；将燃料电池电堆工作曲线与引射器喷嘴直径对应的map图a相交，在上边界曲线交点处确定引射器混合管直径。
22、本专利技术与现有技术相比具有如下优点：
23、(1)本专利技术所述引射器性能map图数据来源于标定后的顶边界仿真模型、或来源于引射器试验数据，保证了数据精度，结合燃料电池真实流量-压降工作曲线数据，可得到基于真实系统的最优引射器结构参数，相比传统的引射器定边界条件仿真优化方法，本专利技术设计精度更高；
24、(2)本专利技术基于已建立的引射器性能map图数据库，只需将特定燃料电池的流量-压降工作曲线放入引射器性能map图中，通过两次交点选取即可获得引射器最优结构参数，无需复杂的建模和长时间迭代仿真计算，极大缩短了设计时间和成本；
25、(3)本专利技术基于引射器设计方(乙方)的map图数据库，以及燃料电池系统方(甲方)的工作曲线本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于Map曲线的燃料电池引射器快速选型设计方法，其特征在于包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于Map曲线的燃料电池引射器快速选型设计方法，其特征在于：建立的引射器计算流体动力学模型是三维模型或二维旋转轴对称模型。
3.根据权利要求1所述的一种基于Map曲线的燃料电池引射器快速选型设计方法，其特征在于：非敏感结构参数包含引射器混合管和扩张管长度、喷嘴与混合管间距、收缩管最大直径、扩散管夹角。
4.根据权利要求1所述的一种基于Map曲线的燃料电池引射器快速选型设计方法，其特征在于：每种引射器喷嘴直径条件下不同混合管直径的引射器压升和引流流量Map图A：
5.根据权利要求4所述的一种基于Map曲线的燃料电池引射器快速选型设计方法，其特征在于：提取每种引射器喷嘴直径下的Map图A的上边界曲线，形成不同喷嘴直径的引射器性能上限曲线Map图B，具体为：
6.根据权利要求5所述的一种基于Map曲线的燃料电池引射器快速选型设计方法，其特征在于：不同喷嘴直径的引射器性能上限Map图B中，横坐标为引射器压升，亦即压差；纵坐标为引
7.根据权利要求1所述的一种基于Map曲线的燃料电池引射器快速选型设计方法，其特征在于：Map图A中同一引射器喷嘴直径下不同混合管直径的引射器压升和引流流量关系数据和Map图B中不同喷嘴直径的引射器性能上限数据能够基于仿真计算得到，或基于试验测试得到。
8.根据权利要求1所述的一种基于Map曲线的燃料电池引射器快速选型设计方法，其特征在于：将燃料电池电堆工作曲线与Map图B不同喷嘴直径的引射器性能上限曲线相交，选择喷嘴直径满足最小孔径条件的曲线上纵坐标最大的交点，确定引射器喷嘴直径，具体为：
9.根据权利要求4所述的一种基于Map曲线的燃料电池引射器快速选型设计方法，其特征在于：将燃料电池电堆工作曲线与选定的引射器喷嘴直径条件下的Map图A相交，在上边界曲线交点处确定引射器混合管直径，其中：上边界曲线交点为燃料电池电堆工作曲线与Map图A中多条曲线交点中纵坐标最高点，该最高点所在曲线对应的混合管直径为优化选型参数。
10.一种基于Map曲线的燃料电池引射器快速选型设计系统，其特征在于包括：数据库建立模块和引射器匹配设计模块，其中：
...【技术特征摘要】
1.一种基于map曲线的燃料电池引射器快速选型设计方法，其特征在于包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于map曲线的燃料电池引射器快速选型设计方法，其特征在于：建立的引射器计算流体动力学模型是三维模型或二维旋转轴对称模型。
3.根据权利要求1所述的一种基于map曲线的燃料电池引射器快速选型设计方法，其特征在于：非敏感结构参数包含引射器混合管和扩张管长度、喷嘴与混合管间距、收缩管最大直径、扩散管夹角。
4.根据权利要求1所述的一种基于map曲线的燃料电池引射器快速选型设计方法，其特征在于：每种引射器喷嘴直径条件下不同混合管直径的引射器压升和引流流量map图a：
5.根据权利要求4所述的一种基于map曲线的燃料电池引射器快速选型设计方法，其特征在于：提取每种引射器喷嘴直径下的map图a的上边界曲线，形成不同喷嘴直径的引射器性能上限曲线map图b，具体为：
6.根据权利要求5所述的一种基于map曲线的燃料电池引射器快速选型设计方法，其特征在于：不同喷嘴直径的引射器性能上限map图b中，横坐标为引射器压升，亦即压差；纵坐标为引流流量，亦即循环氢气流量；其中每条曲线表示不同喷嘴直...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜玮，邓呈维，王星显，姬峰，罗若尹，刘勇，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：
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