燃料电池汽车涡旋压缩机气液流动机理及高效润滑密封研究

能源和环保已成为目前国际社会的热点问题，燃料电池汽车是目前国家大力支持的节能环保项目。本课题以强化压缩腔内气液传热、降低压缩腔间泄漏损失为技术路线，深入探索了用于燃料电池汽车发动机系统的喷水润滑涡旋压缩机节能高效的技术方案。通过压缩腔内气液流体非稳态流动数值模拟，借助示踪颗粒和高速动态分析系统，在可视化模型上进行流场实验研究。通过理论建模及实验修正相结合，建立准确的气液泄漏通用模型，揭示气液在压缩腔的复杂流动机理。分析泄漏模型，探索降低压缩腔间泄漏的途径，提高压缩机密封性能。建立气液在压缩腔内流动传热数学模型，借助示温涂料及红外成像技术，对流动传热进行实验研究，探索腔内气液强化传热方法，有助于降低摩擦功率损失和排气温度，提高压缩腔水介质润滑的性能。.课题研究成果用于指导压缩机的设计与制造，建立样机实验系统并进行性能实验研究，检验研究成果，为燃料电池汽车提供节能高效的喷水涡旋压缩机。

以喷水涡旋压缩机为研究对象，针对压缩机工作过程中气液传热效率低、压缩腔泄漏损失大等问题，从压缩腔内气液流动、传热和泄漏三方面开展了相关的研究工作，深入探索了用于燃料电池汽车发动机系统的喷水润滑涡旋压缩机的技术方案。主要工作包括：. （1）借助湍流模型和动网格技术实现了压缩腔内气液非稳态流动的数值模拟，通过不同含水量条件下的气相速度、压力和温度的分布情况，分析了液相对压缩过程的影响及其分布特征。（2）借助荧光液为示踪物质，运用高速摄像机，实现了压缩腔内流体流动的实验，获得了液相分布及压缩腔内的泄漏特征，分析了气液压缩过程产生泄漏的原因。（3）利用红外热成像技术开展了压缩机静盘外壁面和压缩腔的温度场检测，获得了压缩腔及外壁面气液流动传热的规律，深入研究了喷水工况压缩腔温度场和等温区的变化，从多方面探索了压缩腔强化传热的可行性。（4）建立了压缩腔间隙密封模型并进行了受力分析，深入研究了引起腔间泄漏的压差力分布特性，通过计算不同工况下的工作载荷，借助数学方法对轴向间隙的取值进行了优化，开展了压缩机轴向间隙的实验研究，重点分析了轴向间隙的影响因素。（5）通过模型受力获得了密封结构参数的设计依据，利用有限元方法实现了关键部件密封条的结构优化，从而获得了齿顶密封机构的技术方案。通过喷水涡旋压缩机的实验研究，对方案的可行性进行了评价。. 本项目关于喷水涡旋压缩机气液流动机理及高效润滑密封的实验和理论结果，为涡旋压缩机领域的理论及工程实际应用提供重要的参考价值，同时为无油润滑涡旋压缩机的结构设计、性能优化提供新的技术思路，更好地保证涡旋压缩机工作的稳定性、可靠性和高效性。