本說明書涉及燃料電池領(lǐng)域，更具體地說，本技術(shù)涉及一種燃料電池陰極供氣系統(tǒng)的供氣管路設(shè)計(jì)方法及相關(guān)設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、在傳統(tǒng)的陰極供氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，三維仿真技術(shù)常被用來確保管路設(shè)計(jì)能夠滿足供氣需求的精確性和有效性。這種方法通過詳細(xì)模擬氣流動(dòng)態(tài)、壓力分布和溫度變化，可以精確預(yù)測(cè)管路系統(tǒng)在實(shí)際操作中的表現(xiàn)，從而幫助工程師優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免可能的設(shè)計(jì)缺陷如氣流阻塞、壓力損失過大或不穩(wěn)定的氣流供給。

2、三維仿真通常需要高性能計(jì)算資源，對(duì)計(jì)算機(jī)硬件要求高，計(jì)算過程耗時(shí)，增加了設(shè)計(jì)周期和成本。模型的準(zhǔn)確性高度依賴于輸入?yún)?shù)的精確度，如實(shí)際操作條件與模擬條件的偏差可能導(dǎo)致仿真結(jié)果與實(shí)際操作表現(xiàn)不符。于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的微調(diào)或快速迭代，傳統(tǒng)的三維仿真方法可能不夠靈活，重新建模和仿真往往需要消耗大量時(shí)間和資源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、在
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
部分中引入了一系列簡(jiǎn)化形式的概念，這將在具體實(shí)施方式部分中進(jìn)一步詳細(xì)說明。本技術(shù)的發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。

2、第一方面，本技術(shù)提出一種燃料電池陰極供氣系統(tǒng)的供氣管路設(shè)計(jì)方法，包括：

3、獲取空氣入堆的設(shè)計(jì)流量和空壓機(jī)排出的空氣質(zhì)量流量；

4、基于管路假定幾何參數(shù)計(jì)算陰極供氣管路假定總體積；

5、獲取陰極進(jìn)氣管道壓力和陰極進(jìn)氣管道內(nèi)氣體溫度；

6、基于上述陰極進(jìn)氣管道壓力、上述陰極進(jìn)氣管道內(nèi)氣體溫度、上述陰極供氣管路假定總體積、上述空壓機(jī)排出的空氣質(zhì)量流量和其他參考參數(shù)計(jì)算陰極進(jìn)氣管道排出的實(shí)際空氣質(zhì)量流量；

7、判斷上述實(shí)際空氣質(zhì)量流量與所述空氣入堆的設(shè)計(jì)流量的流量差值；

8、在上述流量差值大于上述預(yù)設(shè)差值的情況下，調(diào)整上述管路假定幾何參數(shù)，以使上述流量差值小于或等于預(yù)設(shè)差值；

9、將上述流量差值小于或等于預(yù)設(shè)差值時(shí)對(duì)應(yīng)的上述管路假定幾何參數(shù)，確定為管路目標(biāo)幾何參數(shù)。

10、在一種可行的實(shí)施方式中，上述空氣入堆的設(shè)計(jì)流量和空壓機(jī)排出的空氣質(zhì)量流量是基于零部件選型確定的，上述幾何參數(shù)包括管長(zhǎng)、管直徑、彎頭外徑、彎頭壁厚和彎頭截面中心到圓環(huán)體中心距離。

11、在一種可行的實(shí)施方式中，上述基于管路假定幾何參數(shù)計(jì)算陰極供氣管路假定總體積，包括：

12、基于下式計(jì)算上述陰極供氣管路假定總體積：

13、

14、其中，為第i段管路的直徑，li為第i段管路的管長(zhǎng)，ri為第i個(gè)彎頭截面中心到圓環(huán)體中心距離，si為地i個(gè)彎頭壁厚，di為第i個(gè)彎頭外徑。

15、在一種可行的實(shí)施方式中，上述獲取陰極進(jìn)氣管道壓力和陰極進(jìn)氣管道內(nèi)氣體溫度，包括：

16、獲取空氣壓縮機(jī)壓比和電堆運(yùn)行環(huán)境大氣壓強(qiáng)；

17、基于上述空氣壓縮機(jī)壓比和上述電堆運(yùn)行環(huán)境大氣壓強(qiáng)確定上述陰極進(jìn)氣管道壓力；

18、獲取電堆運(yùn)行環(huán)境溫度，空氣壓縮機(jī)效率和常壓條件下氣體的比熱容；

19、基于上述電堆運(yùn)行環(huán)境溫度，上述空氣壓縮機(jī)效率和上述常壓條件下氣體的比熱容計(jì)算上述陰極進(jìn)氣管道內(nèi)氣體溫度。

20、在一種可行的實(shí)施方式中，上述基于上述空氣壓縮機(jī)壓比和上述電堆運(yùn)行環(huán)境大氣壓強(qiáng)確定上述陰極進(jìn)氣管道壓力，包括：

21、基于下式計(jì)算上述陰極進(jìn)氣管道壓力psm：

22、

23、其中，p為所述空氣壓縮機(jī)壓比，為上述電堆運(yùn)行環(huán)境大氣壓強(qiáng)。

24、在一種可行的實(shí)施方式中，上述基于上述電堆運(yùn)行環(huán)境溫度，上述空氣壓縮機(jī)效率和上述常壓條件下氣體的比熱容計(jì)算上述陰極進(jìn)氣管道內(nèi)氣體溫度，包括：

25、基于下式計(jì)算上述陰極進(jìn)氣管道內(nèi)氣體溫度：

26、

27、其中，為上述電堆運(yùn)行環(huán)境溫度，為上述空氣壓縮機(jī)效率，為上述常壓條件下氣體的比熱容。

28、在一種可行的實(shí)施方式中，上述基于上述陰極進(jìn)氣管道壓力、上述陰極進(jìn)氣管道內(nèi)氣體溫度、上述陰極供氣管路假定總體積、上述空壓機(jī)排出的空氣質(zhì)量流量和其他參考參數(shù)計(jì)算陰極進(jìn)氣管道排出的實(shí)際空氣質(zhì)量流量，包括：

29、基于下式計(jì)算上述陰極進(jìn)氣管道排出的實(shí)際空氣質(zhì)量流量：

30、

31、其中，為空氣摩爾質(zhì)量，r為理想氣體常數(shù)，為上述陰極進(jìn)氣管道壓力、為上述極進(jìn)氣管道內(nèi)氣體溫度，為上述陰極供氣管路假定總體積，為上述空壓機(jī)排出的空氣質(zhì)量流量。

32、第二方面、本技術(shù)提出一種燃料電池陰極供氣系統(tǒng)的供氣管路設(shè)計(jì)裝置，包括：

33、第一獲取單元，用于獲取空氣入堆的設(shè)計(jì)流量和空壓機(jī)排出的空氣質(zhì)量流量；

34、第一計(jì)算單元，用于基于管路假定幾何參數(shù)計(jì)算陰極供氣管路假定總體積；

35、第二獲取單元，用于獲取陰極進(jìn)氣管道壓力和陰極進(jìn)氣管道內(nèi)氣體溫度；

36、第二計(jì)算單元，用于基于上述陰極進(jìn)氣管道壓力、上述陰極進(jìn)氣管道內(nèi)氣體溫度、上述陰極供氣管路假定總體積、上述空壓機(jī)排出的空氣質(zhì)量流量和其他參考參數(shù)計(jì)算陰極進(jìn)氣

37、管道排出的實(shí)際空氣質(zhì)量流量；

38、判斷單元，用于判斷上述實(shí)際空氣質(zhì)量流量與所述空氣入堆的設(shè)計(jì)流量的流量差值；

39、調(diào)整單元，用于在上述流量差值大于上述預(yù)設(shè)差值的情況下，調(diào)整上述管路假定幾何參數(shù)，以使上述流量差值小于或等于預(yù)設(shè)差值；

40、確定單元，用于將上述流量差值小于或等于預(yù)設(shè)差值時(shí)對(duì)應(yīng)的上述管路假定幾何參數(shù)，確定為管路目標(biāo)幾何參數(shù)。

41、第三方面，一種電子設(shè)備，包括：存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在上述存儲(chǔ)器中并可在上述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，上述處理器用于執(zhí)行存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述的第一方面任一項(xiàng)的燃料電池陰極供氣系統(tǒng)的供氣管路設(shè)計(jì)方法的步驟。

42、第四方面，本技術(shù)還提出一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，上述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)第一方面任一項(xiàng)的燃料電池陰極供氣系統(tǒng)的供氣管路設(shè)計(jì)方法。

43、綜上，本技術(shù)提出的方法，包括：獲取空氣入堆的設(shè)計(jì)流量和空壓機(jī)排出的空氣質(zhì)量流量；基于管路假定幾何參數(shù)計(jì)算陰極供氣管路假定總體積；獲取陰極進(jìn)氣管道壓力和陰極進(jìn)氣管道內(nèi)氣體溫度；基于上述陰極進(jìn)氣管道壓力、上述陰極進(jìn)氣管道內(nèi)氣體溫度、上述陰極供氣管路假定總體積、上述空壓機(jī)排出的空氣質(zhì)量流量和其他參考參數(shù)計(jì)算陰極進(jìn)氣管道排出的實(shí)際空氣質(zhì)量流量；判斷上述實(shí)際空氣質(zhì)量流量與所述空氣入堆的設(shè)計(jì)流量的流量差值；在上述流量差值大于上述預(yù)設(shè)差值的情況下，調(diào)整上述管路假定幾何參數(shù)，以使上述流量差值小于或等于預(yù)設(shè)差值；將上述流量差值小于或等于預(yù)設(shè)差值時(shí)對(duì)應(yīng)的上述管路假定幾何參數(shù)，確定為管路目標(biāo)幾何參數(shù)。相對(duì)于傳統(tǒng)的三維仿真方法，本發(fā)明的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法通過直接調(diào)整管路的幾何參數(shù)，快速達(dá)到設(shè)計(jì)要求，無需為每一個(gè)系統(tǒng)重新進(jìn)行復(fù)雜的三維建模和仿真，極大縮短了設(shè)計(jì)周期。減少了對(duì)高級(jí)仿真軟件和專業(yè)操作人員的依賴，降低了設(shè)計(jì)成本。通過實(shí)際的管路參數(shù)調(diào)整，能夠直接對(duì)實(shí)際生產(chǎn)線進(jìn)行優(yōu)化，提高了方法的實(shí)用性和可操作性。本方法允許根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)整管路設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了設(shè)計(jì)的適應(yīng)性和靈活性，特別是在現(xiàn)場(chǎng)條件頻繁變化的應(yīng)用環(huán)境中更顯優(yōu)勢(shì)。通過這種方法，可以有效地實(shí)現(xiàn)快速、經(jīng)濟(jì)且高效的管路設(shè)計(jì)，適應(yīng)快速變化的工業(yè)需求，特別是在燃料電池技術(shù)等快速發(fā)展的領(lǐng)域中，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。