燃料电池离心压缩机叶轮构型的参数优化及性能分析

简介

为提升离心压缩机气动性能以满足燃料电池系统的需求,以某燃料电池离心压缩机叶轮为研究对象,选取叶轮进口倾角、叶片数、子午流道等型线控制点和叶片安装角分布控制点等关键构型参数作为优化变量,采用数值计算方法对离心压缩机叶轮气动性能进行模拟和优化。结合拉丁超立方抽样与BP神经网络拟合叶轮构型参数与气动性能的映射关系,以叶轮等熵效率最大为优化目标、总压比和功率等参数为约束,运用遗传算法对上述叶轮关键构型参数进行多参数寻优,并对优化前后叶轮的气动性能及其内部流动特性进行了对比分析。结果表明在设计工况下,优化后叶轮等熵效率提高了3.90%,总压比为1.742,功率为8.53 kW,满足设计要求;叶轮的稳定运行工况范围变宽,并且在整个工况范围内叶轮的等熵效率也均得到提升;从流场分析可以发现,优化后叶轮轮盖侧高熵值区域缩小,叶片压力面及出口截面速度分布更均匀,低速气体团面积在不同流动方向上减小,叶道内流动分离得到抑制,验证了所提离心叶轮多参数优化设计方法的有效性。