Fuel Cell 计算器 V2.21

电堆基础设计参数

节电压(V):

电堆节数:

反应面积(cm2):

电流密度(A/cm2):

空气计量比:

氢气计量比:

操作温度(℃):

环境温度(℃):

操作温差(℃):

环境湿度(%):

氢气利用率(%):

阳极入压力(kPa):

阴极入压力(kPa):

阳极压损(kPa):

阴极压损(kPa):

冷却腔压损(kPa):

阳极水分布系数:

阳极入温度(℃):

气分效率(%):

中冷器压损(kPa):

空压机出温度(℃):

乙二醇占比(%):

加湿器效率(%):

加湿器干侧压损(kPa):

加湿器湿侧压损(kPa):

电堆计算

电堆电流(A)：

电堆电压(V)：

电堆功率(kW)：

理论反应消耗氢气量(mol/s)：

理论反应消耗氧气量(mol/s)：

理论反应产水量(mol/s)：

实际入口H2流量(mol/s)：

实际入口Air流量(mol/s)：

实际入口H2流量(NLPM)：

实际入口Air流量(NLPM)：

反应产热量(LHV-kW)：

电堆效率(%)：

氢气子系统

系统消耗氢气量(mol/s)：

系统供氢量(NLPM)：

氢气尾气排气(NLPM)：

出口氢气循环量(mol/s)：

出口氢气循环量(NLPM)：

阳极出口总水量(mol/s)：

阳极出口温度(℃)：

对应的饱和蒸汽压(kPa)：

阳极出口压力(kPa)：

阳极出口相对湿度(%)：

阳极出口液态水量(mol/s)：

阳极冷凝水放热(kW)：

出口气态水量(mol/s)：

阳极入口氢气温度(℃)：

对应的饱和蒸汽压(kPa)：

入堆氢气相对湿度(%)：

进入电堆水量(mol/s)：

水分布系数(阳极)：

空气子系统

系统供空气量(mol/s)：

系统供空气量(NLPM)：

空气泵入口温度(℃)：

出口空气流量(mol/s)：

出口空气流量(NLPM)：

阴极出口总水量(mol/s)：ⓘ

阴极出口温度(℃)：

对应的饱和蒸汽压(kPa)：

阴极出口压力(kPa)：

空气出口相对湿度(%)：

出口液态水量(mol/s)：

冷凝水放热(kW)：

出口水蒸气分压(理论值)(kPa)：

出口水蒸气分压(实际值)(kPa)：

出口露点温度(℃)：

中冷器出口温度(℃)：

环境饱和蒸汽压(kPa)：

从环境中带入水分(mol/s)：

换热子系统

冷却液密度(kg/m3)：

冷却液比热(kJ/(kg·K))：

反应产热量(LHV-kW)：

过饱和水冷凝放热量(kW)：

中冷器热负荷(kW)：

系统总热负荷(kW)：

系统冷却液流量(L/min)：

COG加湿器

干气加湿用水量(mol/s)：

干侧出口压力(kPa)：

干侧出口温度(℃)：

干侧出口饱和蒸汽压(kPa)：

干侧出口相对湿度(%)：

湿侧出口压力(kPa)：

湿侧出口温度(℃)：

湿侧出口水量(mol/s)：

湿侧出口饱和蒸汽压(kPa)：

湿侧出口相对湿度(%)：

动态性能分析（beta）

电流密度(A/cm²)

节电压(V)

氢气计量比

空气计量比

阳极入压力(kPa)

阴极入压力(kPa)

操作温差(℃)

动态性能曲线

当前位置: 0

空气热力计算参数

空气气体常数 J/(kg*K):

空气定压比热kJ/(kg·K):

空气比热比(κ):

所在地海拔(m):

空气泵效率(%):

空气热力计算结果

在高度h上的压力(Pa)：

在高度h上的密度(kg/m3)：

在高度h上的温度(K)：

在高度h上的温度(℃)：

空气入口体积流量(m^3/s)：

空气入口质量流量(g/s)：

出口空气压力(Pa)：

空压机压比(ε)：

出口空气温度(K)：

出口空气温度(℃)：

空气温升(K)：

定熵压缩轴功(W)：

空压机功耗(W)：

温升、定熵压缩轴功、功耗计算公式

$$T2=T1\left(1+\frac{\left(\left(\frac{P2}{P1}\right)^{0.286}-1\right)}{\eta}\right)$$

$$Pws=\frac{\kappa}{\kappa-1}\cdot p1\cdot V1\cdot\left[1-\left(\frac{p2}{p1}\right)^{\frac{\kappa-1}{\kappa}}\right]$$

$$Ppump=Qm\cdot Cp\cdot(T2-T1)$$

注：流量数据与第一页关联，压力为绝压，是单位为Pa。可计算海拔高度为30000米。

参考文献

《飞行器环境控制》[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2004。

氢气热值与度电数

1摩尔氢气低热焓值，kJ/mol（气态水）

241.83

1摩尔氢气高热焓值，kJ/mol（液态水）

285.84

1克氢气低热焓值，J/g（气态水）

120915

1克氢气高热焓值，J/g（液态水）

142920

1度电对应的能量，J

3600000

1kg氢气低热值对应的度电数，kWh

33.59

1kg氢气高热值对应的度电数，kWh

39.70

反应焓

反应焓是燃料的热潜能，表示能够从燃料中提取的最大能量；其中，与燃烧相关的焓变称为燃烧焓，用符号∆Hrxn或∆hrxn（表示每摩尔反应燃烧焓）；

以氢气燃烧为例，氢气燃烧生成水过程中对外传递的最大能量就是氢的燃烧焓

H₂+½O₂=H₂O(g) ∆Hrxn=-241.83KJ/mol

H₂+½O₂=H₂O(l) ∆Hrxn=-285.84KJ/mol

其中，产物为气态水的∆Hrxn是氢气燃烧的低位热值LHV,产物为液态水的∆Hrxn是氢气燃烧的高位热值HHV，LHV与HHV之间的差值是液态水的汽化潜热。

阀门流体计算参数

流量(NLPM):

入口压力(bar.a):

出口压力(bar.a):

温度(℃):

选择介质: 选择介质的密度为: 1.225 kg/m³

阀门流体计算结果

Kv(m3/h)：

DN(mm)：

计算公式

压降	水的Kv值(m3/h)	气体的Kv值(m3/h)
次临界P2>1/2P1	$$=Q\cdot\sqrt{\frac{\rho}{1000\cdot\Delta P}}$$	$$=\frac{QN}{514}\cdot\sqrt{\frac{T1\cdot\rho N}{P2\cdot\Delta P}}$$
超临界P2<1/2P1	$$=Q\cdot\sqrt{\frac{\rho}{1000\cdot\Delta P}}$$	$$=\frac{QN}{257\cdot P1}\cdot\sqrt{T1\cdot\rho N}$$

Kv 流量系数[m3/h]

QN 气体在标准状态下的流量 [m3/h]

P1 阀门入口压力[bar]

P2阀门出口压力[bar]

ΔP 阀两端压差P1-P2[bar]

ρ 密度[kg/m3]

ρN 气体在标准状态下的密度[kg/m3]

T1 介质温度[(273+t)K]

注：Kv值计算范围暂时支持0.012~1.0。

参考文献

计算理论依据：通过Burkert官网流体计算数据拟合。

管路压损计算参数

气路计算

介质标况密度(kg/m3):

介质压力(Pa):

介质温度(K):

介质流量(NLPM):

主管内径(mm):

电堆个数(N):

分堆入口管内径(mm):

介质动力粘度(mm):

管壁绝对粗糙度:

管道长度(m):

弯头个数(N):

三通个数(N):

气路计算结果

介质密度(kg/m3)：

介质流量(m3/s)：

主管面积(m2)：

主管流速(m/s)：

分堆入口管面积(m2)：

分堆入口管流速(m/s)：

雷诺数：

摩擦系数：

管道阻力：

弯头摩擦系数：

三通摩擦系数：

弯头阻力(kPa)：

三通阻力(kPa)：

局部阻力(kPa)：

管系阻力(kPa)：

水路计算

冷却液密度(kg/m3):

介质流量(NLPM):

主管内径(mm):

电堆个数(N):

分堆入口管内径(mm):

介质动力粘度(mm):

管壁绝对粗糙度:

管道长度(m):

弯头个数(N):

三通个数(N):

水路计算结果

介质流量(m3/s)：

主管面积(m2)：

主管流速(m/s)：

分堆入口管面积(m2)：

分堆入口管流速(m/s)：

雷诺数：

摩擦系数：

管道阻力(kPa)：

弯头摩擦系数：

三通摩擦系数：

弯头阻力(kPa)：

三通阻力(kPa)：

局部阻力(kPa)：

管系阻力(kPa)：

散热器计算

冷却液带走热量比重 ξ:

冷却空气流经散热器温差(℃):

散热器总传热系数Ka W/(m2·℃):

风扇个数:

风扇面积/散热器面积比率α:

单风扇叶轮直径(mm):

中冷器计算

冷却液流经中冷器温差(℃):

中冷器总传热系数Ka W/(m2·℃):

散热器计算结果

系统总热负荷(kW)：

环境温度(℃)：

冷却空气出散热器温度(℃)：

冷却液密度(kg/m3)：

冷却液比热(kJ/(kg·K))：

冷却水进口温度(℃)：

冷却水出口温度(℃)：

冷却循环流量(L/min)：

错流对数温差修正系数εΔt：

所需散热面积(m2)：

散热器迎风面积(m2)：

所需冷却空气流量(m3/h)：

单风扇风量需求(m3/h)：

中冷器计算结果

中冷器热负荷(kW)：

增压空气进口温度(℃)：

增压空气出口温度(℃)：

冷却液进口温度(℃)：

冷却液出口温度(℃)：

增压空气流量(L/min)：

冷却液流量(L/min)：

错流对数温差修正系数εΔt：

所需散热面积(m2)：

注：散热器计算到所需的散热面积和风扇个数即可，单个风扇的风量以及散热器迎风面积需要同时考虑所选风扇的效率和直径。中冷器只需要计算到散热面积和冷却液流量。
Ka--散热器总传热系数，传统发动机散热器一般为104-143W/(m2·℃)，燃料电池为低温散热，取较低值，取115 W/(m2·℃)。

整车参数表

满载质量(Kg):

续驶里程(Km):

滚动阻力系数𝑓:

空气阻力系数Cd:

最高车速(km/h):

最大爬坡度(%):

爬坡车速(km/h):

加速末车速(km/h):

加速时间(s):

迎风面积(m2):

整车动力传动系统效率η:

汽车旋转质量换算系数δ:

主减速比iο:

变速器低档传动比ig:

变速器高档传动比ig:

驱动轮胎半径(m):

整车附件功率(kW):

驱动电机及控制器效率η:

动力电池效率η:

氢气瓶压力(MPa):

氢气瓶容积(L):

额定工况PEM节电压(V):

氢气价格(元/kg):

最大爬坡角(θ)：

加速阶段加速度(m/s2)：

Pmax1_最高车速功率(kW)：

Pmax2_最大爬坡功率(kW)：

Pmax3_最大加速功率(kW)：

电机峰值功率(kW)：

电机额定功率(kW)：

电机峰值转速(r/min)：

电机额定转速(r/min)：

燃料电池额定功率(kW)：

额定工况PEM氢耗(g/s)：

PEM所需氢气质量(Kg)：

单瓶存储氢气质量(Kg)：

所需氢瓶数量(n)：

动力电池所需功率(kW)：

额定百公里氢耗(kg/100km)：

额定百公里氢气价格(元/100km)：

参考文献

王珂. 燃料电池混合动力系统设计[D]. [硕士学位论文]. 成都: 西南交通大学.
赵春鹏. 燃料电池汽车混合动力系统设计研究[D]. [硕士学位论文]. 浙江: 浙江大学.
陈浩. 燃料电池／锂电池混合动力系统优化管理[D]. [博士学位论文]. 浙江: 浙江大学.
丁晨光. 氢燃料电池混合动力系统能量管理策略研究[D]. [硕士学位论文]. 成都: 电子科技大学.
张鑫新. 基于深度Q学习的燃料电池混合动力汽车控制研究[D]. [硕士学位论文]. 重庆: 重庆交通大学.

求和工具

结果:

流速转换

流量 (SLPM):

管道直径 (mm):

流速:

截面积:

Fuel Cell 计算器 V2.21

电堆基础设计参数

电堆计算

氢气子系统

空气子系统

换热子系统

COG加湿器

动态性能分析（beta）

动态性能曲线

空气热力计算参数

空气热力计算结果

温升、定熵压缩轴功、功耗计算公式

参考文献

氢气热值与度电数

反应焓

阀门流体计算参数

阀门流体计算结果

计算公式

参考文献

管路压损计算参数

气路计算

气路计算结果

水路计算

水路计算结果

散热器计算

中冷器计算

散热器计算结果

中冷器计算结果

整车参数表

参考文献

求和工具

流速转换

程序说明

数据处理

曲线设置

数据可视化

电堆基础设计参数

电堆计算

氢气子系统

空气子系统

换热子系统

COG加湿器

动态性能分析（beta）

动态性能曲线

空气热力计算参数

空气热力计算结果

温升、定熵压缩轴功、功耗计算公式

参考文献

氢气热值与度电数

反应焓

阀门流体计算参数

阀门流体计算结果

计算公式

参考文献

管路压损计算参数

气路计算

气路计算结果

水路计算

水路计算结果

散热器计算

中冷器计算

散热器计算结果

中冷器计算结果

整车参数表

参考文献

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