随着新能源技术的不断发展,燃料电池作为新能源领域的重要板块之一,在各个领域得到广泛应用,空气压缩机作为燃料电池的核心部件之一,其性能对燃料电池的影响较大,离心压气机是燃料电池使用最多的空气压缩机。研究表明,燃料电池用离心压气机的出口压力越高,燃料电池的电堆性能越好。因此,设计高效率、高压比的离心压气机是提高燃料电池性能,推进燃料电池领域发展的重要途径。本文对给定的燃料电池用离心压气机进行改型设计,得到了满足燃料电池需要的高压比、高效率离心压气机,主要内容如下:1.利用NUMECA和CFX等软件对原型压气机进行网格构造和数值分析,利用CFX的后处理模块分析原型压气机的性能和流场。课题主要分析了原型压气机的性能曲线,以及在设计工况下,压气机叶轮内部的流动损失以及造成损失的原因,其中探讨了叶顶泄露和二次流的形成以及影响。此外,课题对扩压器的扩压能力以及总压损失情况进行了分析。2.结合CFX对原型压气机的流动分析结果,对原型压气机进行改型设计,改型需要保证原型压气机的蜗壳尺寸不变,改型的主要目的是提高压气机的压比和效率。原型压气机叶轮展向二次流与叶顶泄漏的位置靠前,对叶轮内部和出口的影响较大,改型需要控制其发展。改型完成之后,利用CFX软件对改型压气机进行数值模拟分析,并与原型压气机进行对比。初步改型结果表明,改型压气机将压比从1.8提高到2.1,效率提高了5.67%左右,流量有所降低,但在可以接受的范围内。改型压气机吸力面流动情况改善,展向二次流形成位置靠后,叶顶泄露强度减弱。改型之后的扩压器为无叶扩压器,在保证扩压范围的同时,降低了原型扩压器的总压损失,提高了扩压器性能。3.进一步对压气机进行改型,研究扩压器和分流叶片对改型压气机的影响,实质是进一步提高改型压气机的性能。在无叶扩压器的基础上,设计了三种叶片式扩压器,结果表明叶片式扩压器的扩压能力更强,翼形扩压器是三种叶片式扩压器中工作范围相对较大、效率较高的,但无叶扩压器总压损失最小,工作范围最大,效率最高,综合性能最好。在分流叶片研究中,设计了有无分流叶片以及三种周向位置不同的分流叶片形式。有分流叶片的压气机展二次流位置靠后,计算工况下的效率更高。其中,分流叶片在某个截面时叶顶泄露和二次流影响较小,效率和稳定工作范围的匹配最佳。