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(zhì)量法、溫度壓力法和流量計法。流量計法與質(zhì)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(yīng)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(diào)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(zhì)對科氏流量計測量精度的影響。通過對各種流量標(biāo)準裝置的對比,確定了用音速噴嘴裝置對質(zhì)量流量計進行實流標(biāo)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(biāo)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(biāo)定裝置,分析測控系統(tǒng)需要的功能,完成硬件系統(tǒng)的設(shè)計和硬件的集成及調(diào)試,基于Labview集成環(huán)境開發(fā)音速噴嘴氫氣流量計標(biāo)定裝置測控系統(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標(biāo)定裝置在實際應(yīng)用中的數(shù)學(xué)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(jié)構(gòu)進行優(yōu)化,用質(zhì)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(shè)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(biāo)定質(zhì)量流量計的標(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(zhì)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(biāo)定試驗,并對試驗結(jié)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(biāo)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)。