CN115329609A - 基于Modelica和露点接近温度的加湿器建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于Modelica和露点接近温度的加湿器建模方法，包括：获取所述加湿器在Modelica仿真环境下的初始模型；根据所述加湿器需要满足的“流量‑露点接近温度”特性，构建所述湿气通道的入口露点温度和所述干气通道的出口露点温度的关系方程；构建所述接口参数与所述湿气通道的入口露点温度的关系方程，以及所述性能参数与所述干气通道的出口露点温度的关系方程；如果任一关系方程中存在非一次项的待求解参数，对所述关系方程进行变形，以减少非一次项的待求解参数数量；如果变形后的方程中仍存在非一次项的待求解参数，对所述变形后的方程进行替换，使非一次项的待求解参数能够先于一次项的待求解参数被求解。
Description
技术领域
本发明实施例涉及燃料电池仿真技术，尤其涉及一种基于Modelica和露点接近温度的加湿器建模方法。
背景技术
质子交换膜燃料电池的核心部件是膜电极，质子交换膜位于膜电极中部，起传导质子、隔离反应物和电子的作用，需要结合一定的水分才能起到较好的质子传导作用。因此，在燃料电池工作时一般在进口处使用加湿器对进入电池的气体进行加湿，避免直通的干气造成质子交换膜水含量下降，影响电池性能。
现有技术中，基于Modelica的加湿器模型中会存在非因果的约束条件，软件在仿真运算中需要不断尝试因果性拆分以及变量值的选取，直到仿真误差小于设定值，这会大幅增加迭代次数，从而降低系统效率，甚至由于非线性变量赋值错误导致系统无法运行。
发明内容
本发明实施例提供一种基于Modelica和露点接近温度的加湿器建模方法，以减少模型中的非线性环节，提高模型的仿真效率和稳定性。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于Modelica和露点接近温度的加湿器建模方法，用于构建燃料电池加湿器的仿真模型，所述加湿器包括湿气通道、干气通道，以及位于所述湿气通道和所述干气通道的之间的质子交换膜，所述加湿器用于将所述湿气通道中的水分通过所述质子交换膜传输到所述干气通道中；
所述方法包括：
获取所述加湿器在Modelica仿真环境下的初始模型、性能参数和接口参数；其中，所述性能参数包括所述干气通道的出口相对湿度；所述接口参数包括所述湿气通道的入口压强、组分和质量流量，以及所述干气通道的出口压强；
根据所述加湿器需要满足的“流量-露点接近温度”特性，构建所述湿气通道的入口露点温度和所述干气通道的出口露点温度的关系方程，其中，所述“流量-露点接近温度”特性用于描述所述质量流量与露点接近温度的关系；
构建所述接口参数与所述湿气通道的入口露点温度的关系方程，以及所述性能参数与所述干气通道的出口露点温度的关系方程；
如果任一关系方程中存在非一次项的待求解参数，对所述关系方程进行变形，以减少非一次项的待求解参数数量；
如果变形后的方程中仍存在非一次项的待求解参数，对所述变形后的方程进行替换，其中，替换后的方程中包括所述关系方程的各待求解参数，且与其它关系方程联立后，非一次项的待求解参数能够先于一次项的待求解参数被求解；
将替换完成后的各方程和所述“流量-露点接近温度”特性作为所述初始模型的约束条件，由所述初始模型和约束条件共同构成最终的仿真模型。
第二方面，本发明实施例提供了一种基于Modelica和露点接近温度的加湿器仿真方法，基于Modelica的燃料电池加湿器的仿真模型实现，所述加湿器包括湿气通道、干气通道，以及位于所述湿气通道和所述干气通道的之间的质子交换膜，所述加湿器用于将所述湿气通道中的水分通过所述质子交换膜传输到所述干气通道中；所述仿真模型包括如下约束条件：
所述加湿器需要满足的“流量-露点接近温度”特性；
其中，T dry 表示所述干气通道的出口露点温度，单位为K；T wet 表示所述湿气通道的
入口露点温度，单位为K；
表示所述湿气通道的特定质量流量对应的露点接近温度；P wet
表示所述湿气通道的入口压强，单位为Pa；P V , wet 表示所述湿气通道的入口水蒸气分压，单
位为Pa；x V 表示所述湿气通道的入口水蒸气质量分数，通过入口组分获取；M H2O 表示水的摩
尔质量，单位为kg/mol；M 混合气体表示所述湿气通道的入口混合气体的摩尔质量，单位为kg/
mol；P V , dry 表示所述干气通道的出口水蒸气分压，单位为Pa；RH dry 表示干气通道的出口相对
湿度；P dry 表示干气通道的出口压强，单位为Pa；
所述仿真方法包括：
在Modelica仿真环境下获取所述仿真模型；
对所述仿真模型的约束条件进行因果性拆分后，按照如下顺序执行所述约束条件下的仿真运算：
S1、根据方程（1）（2），由所述湿气通道的入口压强P wet 和组分，计算所述湿气通道的入口水蒸气分压P V , wet ；
S2、根据方程（3），由所述湿气通道的入口水蒸气分压P V , wet ，计算所述湿气通道的入口露点温度T wet ；
S3、根据所述“流量-露点接近温度”特性，由所述湿气通道的入口质量流量，得到
对应的露点接近温度
；
S4、根据方程（4），由所述湿气通道的入口露点温度T wet 和露点接近温度
，计算
所述干气通道的出口露点温度T dry ；
S5、根据方程（5），由所述干气通道的出口露点温度T dry ，计算所述干气通道的出口水蒸气分压P V , dry ；
S6、根据方程（6），由所述干气通道的出口水蒸气分压P V , dry ，计算所述干气通道的出口相对湿度RH dry 。
第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现任一实施例所述的基于Modelica和露点接近温度的加湿器建模方法或仿真方法。
第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现任一实施例所述的基于Modelica和露点接近温度的加湿器建模方法或仿真方法。
本发明实施例以加湿器的“流量-露点接近温度”特性为出发点，分别构建模型接口参数与湿气通道入口露点温度的关系方程，以及性能参数与干气通道出口露点温度的关系方程，由于该特性直接反映加湿器的增湿特性，任何加湿器产品的供应商都会提供这一特性表，因此无需建模者自行进行实验标定，大大降低了建模难度和准确性。此外，在构建好关系方程后，为了提高仿真速度，根据仿真软件的因果性分析对控制方程进行了优化，优先减少非一次项的待求解参数的数量，当不能减少时，分析各方程间的求解顺序，只需非一次项的待求解参数能够先于一次项的待求解参数被求解，就可以执行因果计算，加快仿真速度，并避免出现大系统中由于取值迭代引起的鲁棒性问题。最终得到的加湿器模型，通过对露点接近温度和马格纳斯经验公式的巧妙利用，无论从计算速度还是稳定性上，都远远优于现有模型。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种加湿器的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种基于Modelica和露点接近温度的加湿器建模方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的一种加湿器的初始模型的示意图；
图4是本发明实施例提供的一种基于Modelica和露点接近温度的加湿器仿真方法的流程图；
图5是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例提供一种基于Modelica和露点接近温度的加湿器建模方法。为了说明该方法，优先介绍待建模的加湿器的物理结构。如图1所示，所述加湿器包括湿气通道、干气通道，以及位于所述湿气通道和所述干气通道的之间的质子交换膜，湿气通道用于流通高湿气体（以下简称“湿气”），干气通道用于流通干燥气体（以下简称“干气”）。质子交换膜位于湿气通道和干气通道之间。
所述加湿器运行时，湿气从湿气通道入口流入，流经整个湿气通道，从湿气通道出口流出；干气从干气通道入口流入，流经整个干气通道，从干气通道出口流出。在气体流动过程中，湿气中的水分通过质子交换膜传输到干气中，提高干气通道出口的气体湿度，因此将干气通道出口的气体称为“增湿气”，将湿气通道出口的气体称为“减湿气”。
基于图1所示的加湿器结构，图2提供的一种基于Modelica和露点接近温度的加湿器建模方法的流程图，适用于在Modelica仿真环境中对燃料电池加湿器进行仿真建模的情况，由电子设备执行。如图2所示，本实施例提供的方法具体包括：
S110、获取所述加湿器在Modelica仿真环境下的初始模型、性能参数和接口参数；其中，所述性能参数包括所述干气通道的出口相对湿度；所述接口参数包括所述湿气通道的入口压强、组分和质量流量，以及所述干气通道的出口压强。
该初始模型可理解为Modelica仿真环境下的模型框图，如图3所示。这时的初始模型还未设定约束条件，不能用于仿真计算。出口相对湿度指出口气体的相对湿度，是用于反映加湿器性能的具体参数；干气通道的出口相对湿度需满足设定范围才能视为建模成功。入口压强、组分和质量流量，分别指入口气体的压强、组分和质量流量；出口压强指出口气体的压强；压强、组分和质量流量均为Modelica仿真环境中常用的接口参数。
S120、根据所述加湿器需要满足的“流量-露点接近温度”特性，构建所述湿气通道的入口露点温度和所述干气通道的出口露点温度的关系方程，其中，所述“流量-露点接近温度”特性用于描述所述质量流量与露点接近温度的关系。
从本步骤开始构建模型的约束条件，用于约束模型的仿真计算。需要说明的是，从建模角度来讲，约束条件有多种，包括描述接口参数关系的约束条件，以及描述接口参数和性能参数关系的约束条件等。本实施例对后者进行了优化，下文中如无特别说明，约束条件均指描述接口参数和性能参数关系的约束条件。进一步的，约束条件的表现形式包括控制方程、控制曲线以及特性表等。本实施例根据加湿器各参数获取的难易程度，以及控制方程的求解速度，选取露点温度作为约束条件的构建核心，最终得到的控制方程求解速度快且稳定性高，下面将详细说明。
“流量-露点接近温度”特性通常表现为表格形式，由加湿器的供应商提供。该表能够反映湿气通道的入口质量流量和露点接近温度的对应关系，查表即可获取确定流量下的露点接近温度。根据露点接近温度的定义，湿气通道的入口露点温度和干气通道的出口露点温度满足如下关系方程：
其中，T dry 表示所述干气通道的出口露点温度，T wet 表示所述湿气通道的入口露点
温度，
表示所述湿气通道的特定质量流量对应的露点接近温度。
S130、构建所述接口参数与所述湿气通道的入口露点温度的关系方程，以及所述性能参数与所述干气通道的出口露点温度的关系方程。
在加湿器中露点温度计算目前没有显式计算方式，实际应用中通过比较饱和蒸气压确定露点温度变化趋势。基于饱和压力，两个通道中的接口参数与露点温度之间满足如下关系：
其中，P V 表示通道中的水蒸气分压，单位为Pa；P sat 表示通道中的饱和蒸气压，单位为Pa；T表示露点温度，单位为K。方程（8）即为常用的戈夫-格雷奇公式，利用公式（7）（8）分别建立接口参数与湿气通道的入口露点温度的关系方程，以及性能参数述干气通道的出口露点温度的关系方程。
具体的，所述接口参数与所述湿气通道的入口露点温度的关系方程，包括以下两组方程：
第一组方程：以所述湿气通道的入口压强和组分为已知参数，以所述湿气通道的入口水蒸气分压为未知参数的方程：
其中，P wet 表示所述湿气通道的入口压强，单位为Pa；P V , wet 表示所述湿气通道的入口水蒸气分压，单位为Pa；x V 表示所述湿气通道的入口水蒸气质量分数，通过入口组分获取；M H2O 表示水的摩尔质量，单位为kg/mol；M 混合气体表示所述湿气通道的入口混合气体的摩尔质量，单位为kg/mol。
第二组方程：以所述湿气通道的入口水蒸气分压为已知参数，以所述湿气通道的入口露点温度为未知参数的戈夫-格雷奇公式组。
其中，P sat,wet 表示所述湿气通道的入口饱和蒸气压，单位为Pa；P V,wet 表示所述湿气通道的入口水蒸气分压，单位为Pa；T wet 表示所述湿气通道的入口露点温度，单位为K。
所述性能参数与所述干气通道的出口露点温度的关系方程，包括以下三组方程：
第三组方程：以所述干气通道的出口露点温度为已知参数，以所述干气通道的出口水蒸气分压为未知参数的戈夫-格雷奇公式组：
其中，P sat , dry 表示所述干气通道的出口饱和蒸气压，单位为Pa；P V , dry 表示所述干气通道的出口水蒸气分压，单位为Pa；T dry 表示所述干气通道的出口露点温度，单位为K。
第四组方程：以所述干气通道的出口水蒸气分压为已知参数，以所述干气通道的出口相对湿度为未知参数的方程：
其中，RH dry 表示干气通道的出口相对湿度，能够反映所述加湿器的增湿性能；P dry 表示干气通道的出口压强，单位为Pa。在仿真运算中，P dry 通过标定好的流阻关系表（反映质量流量和出入口压降）查表获取，因此P dry 在该方程中可以视为已知量。
将上述第一组方程到第四组方程联立，配合供应商提供的“流量-露点接近温度”特性表，即建立起模型的性能参数和接口参数之间的关系，通过仿真软件可计算出每一工况下的性能参数和接口参数。
Modelica软件在仿真运算中会对所有的约束条件进行因果性拆分，将能够进行因果性运算的约束条件划分为一组，按照因果关系进行计算，加快计算速度；而不能进行因果性运算的约束条件则需要通过不断赋值的方式寻求最优解，计算速度要慢。因此在构建好以上约束条件后，进一步分析各约束条件是否能够按照因果关系执行运算。因果运算首先会从模型的性能参数P wet 和x V 开始，根据方程（1）（2）由P wet 和x V 计算得到P V , wet ，根据方程（9）由P V , wet 得到P sat , wet 。但在以P sat , wet 为已知参数的戈夫-格雷奇公式（10）中，却无法直接根据因果关系得到露点温度T wet ，只能通过不断给P wet 、x V 、P V , wet 和P sat , wet 赋值来寻求最优解。
为了尽可能提高仿真运算的速度，下面将通过S140和S150对模型的约束条件进行优化。
S140、如果任一关系方程中存在非一次项的待求解参数，对所述关系方程进行变形，以减少非一次项的待求解参数数量。
如果各关系方程中的待求解参数均为一次项（例如，y=a×x+b，其中，x和y为待求解参数），那一定可以按照因果关系进行求解。但如果不满足这一条件，本步骤从存在非一次项的待求解参数的方程入手，对该方程进行变形，尽量减少非一次项的待求解参数数量。
具体的，在S130构建的各方程中，存在非一次项的待求解参数的方程有（10）和
（11），也就是两个戈夫-格雷奇公式。非一次项包括二次项
，
三次项
，以及对数项
。因此对这两
个公式进行变形，得到：
通过变形消除了对数项
，减少了非一次
项的待求解参数数量。
S150、如果变形后的方程中仍存在非一次项的待求解参数，对所述变形后的方程进行替换，其中，替换后的方程中包括所述关系方程的各待求解参数，且与其它关系方程联立后，非一次项的待求解参数能够先于一次项的待求解参数被求解。
经过S140对方程（10）和（11）的变形之后，重新按照因果关系的计算顺序考察新的方程组是否能满足因果计算的条件。具体的，因果计算会首先根据方程（1）（2）（9）由模型的接口参数P wet 和x V 计算得到P sat , wet ，但接下来根据以P V , wet 为已知参数的方程（13），仍不能直接得到T wet 。这时判断方程（13）中非一次项的待求解参数是否能够先于一次项的待求解参数被求解，也就是T wet 是否能够先于P V , wet 被求解。如果能，因果计算能够继续。如果不能，则寻找其它的替代公式，重新描述原公式中待求解参数之间的关系。
本实施例在众多描述饱和蒸气压和露点温度的方程中，选择了马格纳斯经验公式作为替代方程，具体形式如下：
该公式中虽然存在P V , wet 的非一次项
，但P V , wet 能够通过方程（1）（2）先于T wet 被求解，因果计算仍能延续。具体的，在因果计算中会根据方程（3）由P V , wet 得到T wet ，根
据方程（1-1）由T wet 得到T dry ，根据方程（11）由T dry 得到P sat , dry ，根据方程（12）由P sat , dry 得到P V , dry ，根据方程（6）由P V , dry 得到RH dry 。
S160、将替换完成后的各方程和所述“流量-露点接近温度”特性作为所述初始模型的约束条件，由所述初始模型和约束条件共同构成最终的仿真模型。
综上，将方程（9）（13）合并，方程（14）和（12）合并，最终得到如下的约束条件，由所述初始模型和以下约束条件共同构成最终的加湿器仿真模型：
所述加湿器需要满足的“流量-露点接近温度”特性；
本实施例以加湿器的“流量-露点接近温度”特性为出发点，分别构建模型接口参数与湿气通道入口露点温度的关系方程，以及性能参数与干气通道出口露点温度的关系方程，由于该特性直接反映加湿器的增湿特性，任何加湿器产品的供应商都会提供这一特性表，因此无需建模者自行进行实验标定，大大降低了建模难度和准确性。此外，在构建好关系方程后，为了提高仿真速度，根据仿真软件的因果性分析对控制方程进行了优化，优先减少非一次项的待求解参数的数量，当不能减少时，分析各方程间的求解顺序，只需非一次项的待求解参数能够先于一次项的待求解参数被求解，就可以执行因果计算，加快仿真速度，并避免出现大系统中由于取值迭代引起的鲁棒性问题。最终得到的加湿器模型，通过对露点接近温度和马格纳斯经验公式的巧妙利用，无论从计算速度还是稳定性上，都远远优于现有模型。
基于以上的加湿器的仿真模型，本申请还提供一种基于Modelica和露点接近温度的加湿器仿真方法，如图4所示，该方法包括如下步骤：
S210、在Modelica仿真环境下获取加湿器的仿真模型。
该仿真模型可以采用如上述任一实施例所述的方法构建。如果通过其它方式构建，也属于本实施例的保护范围。
S220、对所述仿真模型的约束条件进行因果性拆分后，按照如下顺序执行所述约束条件下的仿真运算：
S1、根据方程（1）（2），由所述湿气通道的入口压强P wet 和组分，计算所述湿气通道的入口水蒸气分压P V , wet ；
S2、根据方程（3），由所述湿气通道的入口水蒸气分压P V , wet ，计算所述湿气通道的入口露点温度T wet ；
S3、根据所述“流量-露点接近温度”特性，由所述湿气通道的入口质量流量，得到对应的露点接近温度；
S4、根据方程（4），由所述湿气通道的入口露点温度T wet 和露点接近温度，计算所述干气通道的出口露点温度T dry ；
S5、根据方程（5），由所述干气通道的出口露点温度T dry ，计算所述干气通道的出口水蒸气分压P V , dry ；
S6、根据方程（6），由所述干气通道的出口水蒸气分压P V , dry ，计算所述干气通道的出口相对湿度RH dry 。
具体的，因果性拆分由Modelica仿真软件自动执行，由方程（1）-（6）和“流量-露点接近温度”特性组成的约束条件会被划分为满足因果关系的一组，按照上述因果关系执行运算，提高计算速度和模型的稳定性。
图5为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图，如图5所示，该设备包括处理器40、存储器41、输入装置42和输出装置43；设备中处理器40的数量可以是一个或多个，图5中以一个处理器40为例；设备中的处理器40、存储器41、输入装置42和输出装置43可以通过总线或其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。
存储器41作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的基于Modelica和露点接近温度的加湿器建模方法对应的程序指令/模块。处理器40通过运行存储在存储器41中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的基于Modelica和露点接近温度的加湿器建模方法。
存储器41可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器41可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器41可进一步包括相对于处理器40远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置42可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置43可包括显示屏等显示设备。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现任一实施例的基于Modelica和露点接近温度的加湿器建模方法。
本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如”C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案。
Claims (10)
1.一种基于Modelica和露点接近温度的加湿器建模方法，其特征在于，用于构建燃料电池加湿器的仿真模型，所述加湿器包括湿气通道、干气通道，以及位于所述湿气通道和所述干气通道的之间的质子交换膜，所述加湿器用于将所述湿气通道中的水分通过所述质子交换膜传输到所述干气通道中；
所述方法包括：
获取所述加湿器在Modelica仿真环境下的初始模型、性能参数和接口参数；其中，所述性能参数包括所述干气通道的出口相对湿度；所述接口参数包括所述湿气通道的入口压强、组分和质量流量，以及所述干气通道的出口压强；
根据所述加湿器需要满足的“流量-露点接近温度”特性，构建所述湿气通道的入口露点温度和所述干气通道的出口露点温度的关系方程，其中，所述“流量-露点接近温度”特性用于描述所述质量流量与露点接近温度的关系；
构建所述接口参数与所述湿气通道的入口露点温度的关系方程，以及所述性能参数与所述干气通道的出口露点温度的关系方程；
如果任一关系方程中存在非一次项的待求解参数，对所述关系方程进行变形，以减少非一次项的待求解参数数量；
如果变形后的方程中仍存在非一次项的待求解参数，对所述变形后的方程进行替换，其中，替换后的方程中包括所述关系方程的各待求解参数，且与其它关系方程联立后，非一次项的待求解参数能够先于一次项的待求解参数被求解；
将替换完成后的各方程和所述“流量-露点接近温度”特性作为所述初始模型的约束条件，由所述初始模型和约束条件共同构成最终的仿真模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述湿气通道的入口露点温度和所述干气通道的出口露点温度的关系方程，包括：
其中，T dry 表示所述干气通道的出口露点温度，T wet 表示所述湿气通道的入口露点温度，
表示所述湿气通道的特定质量流量对应的露点接近温度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，替换完成后，所述接口参数与所述湿气通道的入口露点温度的关系方程，包括：
以所述湿气通道的入口压强和组分为已知参数，以所述湿气通道的入口水蒸气分压为未知参数的方程；
以所述湿气通道的入口水蒸气分压为已知参数，以所述湿气通道的入口露点温度为未知参数的马格纳斯经验公式。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述以所述湿气通道的入口压强和组分为已知参数，以所述湿气通道的入口水蒸气分压为未知参数的方程，包括：
其中，P wet 表示所述湿气通道的入口压强，单位为Pa；P V , wet 表示所述湿气通道的入口水蒸气分压，单位为Pa；x V 表示所述湿气通道的入口水蒸气质量分数，通过入口组分获取；k表示水蒸气与干空气的摩尔质量之比；M H2O 表示水的摩尔质量，单位为kg/mol；M 混合气体表示所述湿气通道的入口混合气体的摩尔质量，单位为kg/mol；
所述以所述湿气通道的入口水蒸气分压为已知参数，以所述湿气通道的入口露点温度为未知参数的马格纳斯经验公式，包括：
其中，T wet 表示所述湿气通道的入口露点温度，单位为K。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，替换完成后，所述性能参数与所述干气通道的出口露点温度的关系方程，包括：
以所述干气通道的出口露点温度为已知参数，以所述干气通道的出口水蒸气分压为未知参数的、变形后的戈夫-格雷奇公式；
以所述干气通道的出口水蒸气分压为已知参数，以所述干气通道的出口相对湿度为未知参数的方程。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述以所述干气通道的出口露点温度为已知参数，以所述干气通道的出口水蒸气分压为未知参数的、变形后的戈夫-格雷奇公式，包括：
其中，P V , dry 表示所述干气通道的出口水蒸气分压，单位为Pa；T dry 表示所述干气通道的出口露点温度，单位为K；
所述以所述干气通道的出口水蒸气分压为已知参数，以所述干气通道的出口相对湿度为未知参数的方程，包括：
其中，RH dry 表示所述干气通道的出口相对湿度；P dry 表示所述干气通道的出口压强，单位为Pa。
7.一种基于Modelica和露点接近温度的加湿器仿真方法，其特征在于，基于Modelica的燃料电池加湿器的仿真模型实现，所述加湿器包括湿气通道、干气通道，以及位于所述湿气通道和所述干气通道的之间的质子交换膜，所述加湿器用于将所述湿气通道中的水分通过所述质子交换膜传输到所述干气通道中；所述仿真模型包括如下约束条件：
所述加湿器需要满足的“流量-露点接近温度”特性；
其中，T dry 表示所述干气通道的出口露点温度，单位为K；T wet 表示所述湿气通道的入口
露点温度，单位为K；
表示所述湿气通道的特定质量流量对应的露点接近温度；P wet 表示
所述湿气通道的入口压强，单位为Pa；P V , wet 表示所述湿气通道的入口水蒸气分压，单位为
Pa；x V 表示所述湿气通道的入口水蒸气质量分数，通过入口组分获取；k表示水蒸气与干空
气的摩尔质量之比；M H2O 表示水的摩尔质量，单位为kg/mol；M 混合气体表示所述湿气通道的入口
混合气体的摩尔质量，单位为kg/mol；P V , dry 表示所述干气通道的出口水蒸气分压，单位为
Pa；RH dry 表示干气通道的出口相对湿度；P dry 表示干气通道的出口压强，单位为Pa；
所述仿真方法包括：
在Modelica仿真环境下获取所述仿真模型；
对所述仿真模型的约束条件进行因果性拆分后，按照如下顺序执行所述约束条件下的仿真运算：
S1、根据方程（1）（2），由所述湿气通道的入口压强P wet 和组分，计算所述湿气通道的入口水蒸气分压P V , wet ；
S2、根据方程（3），由所述湿气通道的入口水蒸气分压P V , wet ，计算所述湿气通道的入口露点温度T wet ；
S3、根据所述“流量-露点接近温度”特性，由所述湿气通道的入口质量流量，得到对应
的露点接近温度
；
S4、根据方程（4），由所述湿气通道的入口露点温度T wet 和露点接近温度
，计算所述
干气通道的出口露点温度T dry ；
S5、根据方程（5），由所述干气通道的出口露点温度T dry ，计算所述干气通道的出口水蒸气分压P V , dry ；
S6、根据方程（6），由所述干气通道的出口水蒸气分压P V , dry ，计算所述干气通道的出口相对湿度RH dry 。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述仿真模型采用如权利要求1-6中任一所述的建模方法构建。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-6中任一所述的基于Modelica和露点接近温度的加湿器建模方法，或如权利要求7或8所述的基于Modelica和露点接近温度的加湿器仿真方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一所述的基于Modelica和露点接近温度的加湿器建模方法，或如权利要求7或8所述的基于Modelica和露点接近温度的加湿器仿真方法。
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