一种氢气循环泵高频脉动流量测量方法

本发明属于燃料电池汽车氢气循环系统，具体涉及一种氢气循环泵高频脉动流量测量方法。

背景技术：

1、氢气循环泵作为一款容积泵，输出的压力及流量并非平稳，而是具有脉动特性。氢气循环泵的压力脉动及流量脉动对后端的燃料电池质子交换膜寿命会产生影响，因此对氢气循环泵的综合性能进行评价时，使用平均流量及平均压力是片面的，必须将其压力、流量脉动曲线提供给客户，以便于对方进行综合评估。

2、由于氢气循环泵是高速转子泵，其常见速度范围是2000rpm-8000rpm，以5000rpm为例，当氢气循环泵采用2叶转子时，理论上转动一圈将输出4个脉动波形，而转动一圈的时间是12ms，即1个脉动波形的周期为3ms，对测试设备、测试方法要求极高，尤其是瞬态流量测试，至今仍是空白。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种氢气循环泵高频脉动流量测量方法，能够根据高频压力传感器实时测量的压力值，进行实时流量的间接测量，解决现有流量计仅可进行平均流量的测量，而无法实现流量实时测量的问题。

2、本发明采取的技术方案具体如下：

3、一种氢气循环泵高频脉动流量测量方法，包括氢气循环泵、流量计、电磁阀、数据采集装置、第一压力传感器、第二压力传感器、温度传感器；

4、所述测量方法采用流量脉动曲线间接测量方法，流动气体在测点a与测点b之间为不可压缩状态，流量呈线性变化。

5、将流体运动方程推导为：

6、

7、所述流体运动方程对忽略不计，得到流量计算公式：

8、。

9、

10、所述流体运动方程在脉动流状态下，气体流经直管按一维考虑，流体运动方程为：

11、

12、式中，v为流体速度；t为时间；x为沿流向坐标；p为流体密度；p为压力。

13、流体速度v可用质量流量q与管道横截面积a表达：

14、v＝q/ρa (4)。

15、

16、所述流体运动方程将压力曲线用傅里叶变换式进行表达：

17、

18、所述流体运动方程将流量计算公式表达为：

19、

20、流动气体在测点a与测点b之间为不可压缩状态，流量呈线性变化，推导得出：

21、

22、式中，d为测点a与测点b之间的距离，qa和qb分别表示测点a处与测点b处的流量；

23、对式(7)进行t变量积分，得到：

24、

25、式中，表示测点a与测点b的中间点c的流量；

26、气体流动质量小，的数量级小于(pb-pa)的数量级，忽略不计，对式(8)进一步进行t变量积分，得到：

27、

28、所述氢气循环泵(1)运行时压力曲线为周期性变化的波动曲线，将压力曲线用傅里叶变换得到：

29、

30、则式(9)可写成：

31、

32、式中，为一个波动周期内的平均质量流量值，借助低频流量计亦可测得；m为傅里叶级数，根据计算精度要求来设定；am和bin为变量，需要求解；w为脉动角速度，根据转子叶数及转速计算。

33、本发明取得的技术效果为：

34、本发明的一种氢气循环泵高频脉动流量测量方法根据瞬态压差测量瞬态流量的间接测量方法，实现以罗茨式氢气循环泵为对象的流量脉动曲线的实时测量，可以为氢气循环泵的运行机理研究及氢气循环泵的结构优化设计提供依据。

35、本发明的一种氢气循环泵高频脉动流量测量方法根据压力曲线，进行实时流量的间接测量，解决现有流量计仅可进行平均流量的测量，而无法实现流量实时测量的问题。

技术特征：

1.一种氢气循环泵高频脉动流量测量方法，其特征在于：包括氢气循环泵(1)、流量计(2)、电磁阀(3)、数据采集装置(4)、第一压力传感器(5)、第二压力传感器(6)、温度传感器(7)；

2.根据权利要求1所述的一种氢气循环泵高频脉动流量测量方法，其特征在于：将流体运动方程推导为：

3.根据权利要求2所述的一种氢气循环泵高频脉动流量测量方法，其特征在于：所述流体运动方程对忽略不计，得到流量计算公式：

4.根据权利要求2所述的一种氢气循环泵高频脉动流量测量方法，其特征在于：所述流体运动方程在脉动流状态下，气体流经直管按一维考虑，流体运动方程为：

5.根据权利要求4所述的一种氢气循环泵高频脉动流量测量方法，其特征在于：流体速度v可用质量流量q与管道横截面积a表达：

6.根据权利要求2所述的一种氢气循环泵高频脉动流量测量方法，其特征在于：所述流体运动方程将压力曲线用傅里叶变换式进行表达：

7.根据权利要求2所述的一种氢气循环泵高频脉动流量测量方法，其特征在于：所述流体运动方程将流量计算公式表达为：

8.根据权利要求1所述的一种氢气循环泵高频脉动流量测量方法，其特征在于：流动气体在测点a与测点b之间为不可压缩状态，流量呈线性变化，推导得出：

9.根据权利要求8所述的一种氢气循环泵高频脉动流量测量方法，其特征在于：所述氢气循环泵(1)运行时压力曲线为周期性变化的波动曲线，将压力曲线用傅里叶变换得到：

技术总结本发明属于燃料电池汽车氢气循环系统技术领域，具体涉及一种氢气循环泵高频脉动流量测量方法，包括氢气循环泵、流量计、电磁阀、数据采集装置、第一压力传感器、第二压力传感器、温度传感器；所述测量方法采用流量脉动曲线间接测量方法，流动气体在测点A与测点B之间为不可压缩状态，流量呈线性变化。本发明根据瞬态压差测量瞬态流量的间接测量方法，实现以罗茨式氢气循环泵为对象的流量脉动曲线的实时测量，可以为氢气循环泵的运行机理研究及氢气循环泵的结构优化设计提供依据。技术研发人员：翟欢乐,黄佳陈,束怡,马崇立受保护的技术使用者：江苏航空职业技术学院技术研发日：技术公布日：2024/6/26