大功率燃料电池汽车氢循环系统性能分析

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.01.001

摘要/Abstract

摘要：

大功率氢燃料电池商用车是推动氢能应用的聚焦点，而设计高效可靠的氢循环系统对其性能至关重要。本文中以200 kW大功率燃料电池系统为例，研究分析了4种氢循环系统方案，基于理论分析和CFD模拟结果，建立了氢循环装置性能评价指标，从不同方面分析总结了各氢循环方案的特点。结果表明，引射器和氢泵联合使用可以显著减小氢泵的功率消耗，相比于仅氢泵模式，在并联模式下氢泵最大功率下降81.4%，串联模式下最大功率下降85.3%。通过循环氢贡献率和功耗的分析表明，引射器和氢泵的串联模式更能充分利用引射器的性能。

关键词: 燃料电池汽车, 氢循环系统, 引射器, 氢循环泵

Abstract:

High power hydrogen fuel cell commercial vehicles is the focus to promote the application of hydrogen energy and the design of an efficient hydrogen recirculation system is crucial for the performance of fuel cell vehicles. In this paper， four hydrogen recirculation schemes are analyzed for a 200 kW high power fuel cell vehicle system. The performance evaluation index of the hydrogen recirculation device is established， and the characteristics of each hydrogen recirculation scheme are analyzed from different aspects based on theoretical analysis and CFD simulation. The results show that the power consumption of the hydrogen pump can be reduced significantly with the combination of the ejector and hydrogen pump. Compared with the hydrogen pump mode， the maximum power of the hydrogen pump in parallel mode is reduced by 81.4%， and the maximum power in series mode is reduced by 85.3%. The analysis of the contribution rate and power consumption of hydrogen recirculation shows that the series mode of ejector and the hydrogen pump can make better use of the performance of ejector.

Key words: fuel cell vehicles, hydrogen recirculation system, ejector, hydrogen recirculation pump

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参考文献 19

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关键问题	设置方法
2D/3D	3D
稳态/瞬态	稳态
数值模型	Shear Stress Transport （SST） k-ω 湍流模型
网格	四面体网格，并经过网格无关性验证后数量在30万左右
边界条件	一次流入口为流量边界条件，二次流入口和出口为压力边界条件
求解算法	SIMPLEC算法
离散格式	梯度项采用least squares cell-based scheme，压力项采用second-order，其他离散项均采用second-order upwind

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