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燃料电池在近年来得到了飞速发展，各个国家和地区纷纷出资大力研发燃料电池。空压机作为空气供应系统的主要部件，根据燃料电池电堆需求输送相应的压比流量的压缩空气，是提高燃料电池功率密度的关键零部件；此外，空压机的耗功较多，是系统中耗功最多的辅助部件。因此，空压机的设计开发对燃料电池系统尤为重要。离心式空压机凭借其效率高、体积小等特点被越来越多的应用于车用燃料电池系统中，所以本文的研究目标是进行车用燃料电池离心式空压机的设计优化。
本文基于课题组燃料电池系统的研究，设计一款满足电堆进气要求的高效的车用燃料电池空压机。叶轮是空压机主要的做功部件，本文首先对叶轮进行一维设计，得到叶轮初始结构，然后搭建叶轮自动优化平台，基于优化平台采用多岛遗传算法对初始叶轮的进出口结构和子午型线进行优化，最后进行蜗壳几何结构的单因素分析优化。
本文首先阐述各个国家和地区氢能和燃料电池汽车的发展现状。对燃料电池空气供应系统进行介绍，并总结各类型空压机的设计优化现状，确定了本文的研究内容。
本文对燃料电池的主要做功部件——叶轮进行了一维设计。根据电堆需求确定叶轮设计要求，基于课题组的和前人的研究工作，离心叶轮进口采用基于修正的控制方程的设计方法，出口设计采用基于损失模型的设计方法，得到叶轮的初始结构参数。通过与三维数值模拟对比，初始叶轮能够达到设计要求。
为了提高空压机的效率，拓宽空压机的流量工作范围，本文基于Isight搭建了叶轮自动优化平台，使整个优化过程自动运行，规避了人工优化方法的不足。平台集成了叶轮设计软件，网格划分软件，数值模拟仿真软件等，并且，为了提高空压机常用工况点的工作性能，本文对目标车辆的NEDC(New European DrivingCycle)工况进行分析，确定了空压机的两个常用工况点及占比，采用多岛遗传算法对常用工况的加权效率进行全局寻优。
基于搭建的叶轮优化平台，本文对初始叶轮分别进行结构优化和子午面型线优化。优化后的叶轮对比原始叶轮，叶轮流道内的流动更加稳定，回流和低速涡团等不良流动明显减少，空压机的绝热效率明显提高。
为了研究蜗壳参数对空压机性能的影响并进行优化，分别采用等环量设计方法和平均速度法设计蜗壳结构。本文对蜗壳的截面面积、蜗舌相对半径以及蜗壳出口段扩张角等参数进行单因素分析，最终得到最优的蜗壳结构。优化后的空压机绝热效率提高，并且喘振边界向小流量区域移动。
本文基于课题组燃料电池系统的研究，设计一款满足电堆进气要求的高效的车用燃料电池空压机。叶轮是空压机主要的做功部件，本文首先对叶轮进行一维设计，得到叶轮初始结构，然后搭建叶轮自动优化平台，基于优化平台采用多岛遗传算法对初始叶轮的进出口结构和子午型线进行优化，最后进行蜗壳几何结构的单因素分析优化。
本文首先阐述各个国家和地区氢能和燃料电池汽车的发展现状。对燃料电池空气供应系统进行介绍，并总结各类型空压机的设计优化现状，确定了本文的研究内容。
本文对燃料电池的主要做功部件——叶轮进行了一维设计。根据电堆需求确定叶轮设计要求，基于课题组的和前人的研究工作，离心叶轮进口采用基于修正的控制方程的设计方法，出口设计采用基于损失模型的设计方法，得到叶轮的初始结构参数。通过与三维数值模拟对比，初始叶轮能够达到设计要求。
为了提高空压机的效率，拓宽空压机的流量工作范围，本文基于Isight搭建了叶轮自动优化平台，使整个优化过程自动运行，规避了人工优化方法的不足。平台集成了叶轮设计软件，网格划分软件，数值模拟仿真软件等，并且，为了提高空压机常用工况点的工作性能，本文对目标车辆的NEDC(New European DrivingCycle)工况进行分析，确定了空压机的两个常用工况点及占比，采用多岛遗传算法对常用工况的加权效率进行全局寻优。
基于搭建的叶轮优化平台，本文对初始叶轮分别进行结构优化和子午面型线优化。优化后的叶轮对比原始叶轮，叶轮流道内的流动更加稳定，回流和低速涡团等不良流动明显减少，空压机的绝热效率明显提高。
为了研究蜗壳参数对空压机性能的影响并进行优化，分别采用等环量设计方法和平均速度法设计蜗壳结构。本文对蜗壳的截面面积、蜗舌相对半径以及蜗壳出口段扩张角等参数进行单因素分析，最终得到最优的蜗壳结构。优化后的空压机绝热效率提高，并且喘振边界向小流量区域移动。