燃料電池汽車已成為解決全球環(huán)境與能源問(wèn)題的理想方案之一,氫氣消耗量的準(zhǔn)確測(cè)量成為其研究、開發(fā)和示范運(yùn)行迫切需要解決的問(wèn)題。目前氫氣消耗量檢測(cè)的主要方法有質(zhì)量法、溫度壓力法和流量計(jì)法。流量計(jì)法與質(zhì)量法和溫度壓力法相比,能進(jìn)行瞬態(tài)氫氣消耗量的測(cè)量,而且可由試驗(yàn)臺(tái)的應(yīng)用擴(kuò)展到實(shí)際燃料電池車的氫氣消耗量檢測(cè)中。因此,流量計(jì)法的研究具有更大的實(shí)用價(jià)值,但是現(xiàn)有的研究表明,流量計(jì)法在瞬態(tài)測(cè)量和車用條件下誤差較大。

課題調(diào)研和分析氫氣消耗量檢測(cè)流量計(jì)法發(fā)展現(xiàn)狀,利用ANSYS-CFD平臺(tái)對(duì)科氏流量計(jì)進(jìn)行建模及仿真分析,得出不同介質(zhì)對(duì)科氏流量計(jì)測(cè)量精度的影響。通過(guò)對(duì)各種流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的對(duì)比,確定了用音速噴嘴裝置對(duì)質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行實(shí)流標(biāo)定以提高其測(cè)量精度的方法。根據(jù)燃料電池汽車氫氣消耗量檢測(cè)流量計(jì)法的實(shí)際測(cè)試需求,確定了標(biāo)定的氫氣流量范圍以及音速噴嘴裝置的形式。

針對(duì)現(xiàn)有的音速噴嘴氫氣流量計(jì)標(biāo)定裝置,分析測(cè)控系統(tǒng)需要的功能,完成硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和硬件的集成及調(diào)試,基于Labview集成環(huán)境開發(fā)音速噴嘴氫氣流量計(jì)標(biāo)定裝置測(cè)控系統(tǒng)軟件,并完成軟硬件系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。

其次,確定音速噴嘴氫氣流量計(jì)標(biāo)定裝置在實(shí)際應(yīng)用中的數(shù)學(xué)計(jì)算模型,利用氫氣的真實(shí)氣體顯式亥姆霍茲能量方程,用非線性二元牛頓迭代法計(jì)算得出氫氣的實(shí)際氣體臨界流函數(shù)。對(duì)裝置不確定度進(jìn)行分析,根據(jù)試驗(yàn)需求分析對(duì)裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,用質(zhì)量法對(duì)裝置不確定度進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。對(duì)影響裝置流量穩(wěn)定性的因素進(jìn)行分析,針對(duì)氣源壓力的影響,設(shè)計(jì)氣瓶組排架,根據(jù)流量穩(wěn)定性評(píng)估方法,進(jìn)行流量穩(wěn)定性試驗(yàn)。根據(jù)音速噴嘴標(biāo)定質(zhì)量流量計(jì)的標(biāo)定原理,提出分段線性插值的標(biāo)定方法。

最后,本文根據(jù)試驗(yàn)需求,確定了具體的試驗(yàn)流程,完成了試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作。對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中,兩種質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量誤差的來(lái)源進(jìn)行理論分析和試驗(yàn)研究。在氮?dú)饧皻錃猸h(huán)境下,分別對(duì)熱式流量計(jì)和氫氣流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn),并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。此外,用熱式控制器模擬實(shí)際工況,進(jìn)行氮?dú)夥艢庠囼?yàn),對(duì)科氏流量計(jì)和熱式流量計(jì)的動(dòng)態(tài)測(cè)量精度進(jìn)行驗(yàn)證,確定標(biāo)定后科氏流量計(jì)和熱式流量計(jì)的動(dòng)態(tài)測(cè)量精度,為燃料電池汽車氫氣消耗量檢測(cè)流量計(jì)法提供參考依據(jù)。