本文關鍵詞：燃料電池有軌電車電池箱設計及輔機艙溫度場分析

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【摘要】：隨著人們對有軌電車技術的研究,燃料電池有軌電車成為研究的重點,使得有軌電車可以像內燃機一樣完全擺脫牽引供電系統(tǒng)。而燃料電池箱是燃料有軌電車的動力來源,燃料電池箱性能的優(yōu)良與否、質量可靠與否直接影響到燃料電池有軌電車的正常行車。因此,設計出一套合格的燃料電池箱是至關重要的。本課題的研究對象是自主設計的燃料電池箱,應用于燃料電池有軌電車上。針對燃料電池箱的設計目標和使用環(huán)境,提出了設計要求、設計原則和設計內容,并說明了設計的步驟以及設計中應注意的問題。在此基礎上,進行燃料電池箱各部件的設計,設計出一套完整的燃料電池箱。針對已經(jīng)設計完成的燃料電池箱,基于有限元方法,完成其有限元模型的建立。利用Hyperwork軟件分析了燃料電池箱體在8種不同工況下的強度情況,得到了應用分布云圖。從仿真結果中可以看出,在8種工況下,它們的最大應力均小于許用應力,即燃料電池箱體完全符合強度需求�？紤]到燃料電池箱體中的輔機艙空間狹窄、安裝的器件較多、布局密集且器件散熱量較多。本文還建立了輔機艙內空氣流動與換熱的物理和數(shù)學模型,具體描述了一些常用的湍流模型和它們的應用場合。以此為基礎,利用FLUENT軟件,采用SIMPLE算法對輔機艙內的溫度場進行穩(wěn)態(tài)分析,得到溫度分布云圖和速度分布云圖,并將得到的仿真結果與實驗結果進行對比,校驗得出仿真模型的合理性。在輔機艙溫度場穩(wěn)態(tài)分析的基礎上,根據(jù)燃料電池的電流變化曲線,編寫UDF函數(shù),利用FLUENT軟件對輔機艙溫度場進行瞬態(tài)分析,得到輔機艙內的溫度隨時間變化的曲線及不同時間點的溫度分布云圖。通過仿真結果與實驗結果的對比,驗證了瞬態(tài)仿真模型的準確性。
【關鍵詞】：燃料電池箱 輔機艙 強度分析 FLUENT軟件 溫度場分析
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U482.1
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-18
• 1.1 選題的背景及研究意義11-14
• 1.1.1 選題的背景11-12
• 1.1.2 研究意義12-14
• 1.2 研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.1 電池箱的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 數(shù)值計算方法的研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 本文主要研究內容17-18
• 第2章 燃料電池箱結構設計18-28
• 2.1 設計燃料電池箱的基本要求、基本內容以及遵守的原則18-20
• 2.1.1 燃料電池箱的設計要求18-19
• 2.1.2 燃料電池箱的設計原則19
• 2.1.3 燃料電池箱的設計內容19-20
• 2.2 燃料電池箱的設計步驟20-21
• 2.3 設計燃料電池箱時應注意的事項21
• 2.4 燃料電池箱各部件的設計21-25
• 2.4.1 燃料電池箱體框架的設計22
• 2.4.2 燃料電池箱體面板的設計22-23
• 2.4.3 燃料電池箱蓋的設計23-24
• 2.4.4 燃料電池箱內其他部件的設計24
• 2.4.5 燃料電池箱空間位置的校核24-25
• 2.5 燃料電池箱示例25-27
• 2.6 本章小結27-28
• 第3章 燃料電池箱體的強度分析28-44
• 3.1 有限元法簡介28
• 3.2 Hyperworks軟件介紹28-29
• 3.3 燃料電池箱體有限元模型的建立29-33
• 3.3.1 燃料電池箱體幾何模型的導入29-30
• 3.3.2 三維幾何模型的簡化30-31
• 3.3.3 網(wǎng)格劃分31-32
• 3.3.4 載荷的確定32-33
• 3.3.5 強度評定辦法33
• 3.4 燃料電池箱體強度分析結果33-43
• 3.4.1 燃料電池箱體框架強度計算結果34-37
• 3.4.2 腳架強度計算結果37
• 3.4.3 箱體面板強度計算結果37-43
• 3.4.4 結論43
• 3.5 本章小結43-44
• 第4章 輔機艙溫度場的穩(wěn)態(tài)分析44-61
• 4.1 流體力學模型的建立44-46
• 4.1.1 質量守恒方程44-45
• 4.1.2 動量守恒方程45
• 4.1.3 能量守恒方程45-46
• 4.2 FLUENT軟件介紹46-48
• 4.2.1 FLUENT的求解技術47
• 4.2.2 FLUENT分析的操作過程47-48
• 4.3 FLUENT數(shù)值分析過程48-59
• 4.3.1 輔機艙三維模型的簡化48-50
• 4.3.2 網(wǎng)格劃分50-51
• 4.3.3 網(wǎng)格質量評估51
• 4.3.4 模型的選擇51-52
• 4.3.5 材料屬性的設置52
• 4.3.6 邊界條件的設置52-56
• 4.3.7 調節(jié)控制參數(shù)并進行求解56
• 4.3.8 仿真結果56-59
• 4.4 實驗驗證59-60
• 4.5 本章小結60-61
• 第5章 輔機艙溫度場的瞬態(tài)分析61-73
• 5.1 UDF的基本理論與應用61-62
• 5.1.1 UDF的基本理論61
• 5.1.2 UDF的應用61-62
• 5.2 輔機艙溫度場的瞬態(tài)計算62-64
• 5.2.1 空壓機入口處邊界條件的設置62
• 5.2.2 水泵進出管熱邊界條件的設置62-63
• 5.2.3 空壓機熱邊界條件的設置63-64
• 5.2.4 變頻器熱邊界條件的設置64
• 5.2.5 求解計算64
• 5.3 仿真結果64-67
• 5.4 實驗分析67-72
• 5.5 本章小結72-73
• 結論73-74
• 致謝74-75
• 參考文獻75-79
• 附錄79-82

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本文編號：732569