在化石能源危机以及环境问题日益凸显的背景下,燃料电池在汽车领域的应用已经越来越受到大家追捧,而无油涡旋压缩膨胀一体机是燃料电池中一个关键部件。常温常压空气经压缩端压缩得到高温高压气体,提高氧气含量,增加燃料电池的发电功率。同时高温高压尾空气通过导热油系统回收热能之后,再通过无油压缩膨胀一体机膨胀,回收高压尾气的能量,驱动压缩涡轮为燃料电池进气增压,最大限度提高能量利用率。为了对无油涡旋空气压缩膨胀一体机的工作性能进行研究,首先主要介绍了涡旋机械的几何基础,以圆渐开线为涡旋型线分析了涡旋机械的工作原理,详细列出了涡旋盘的几何参数,并且详细分析一体机膨胀定盘、动盘、压缩定盘的设计特点。接着详细分析了涡旋压缩机的工作性能以及温度、排气压力、体积流量等参数变量之间的变化规律。同时采用热力学仿真模型,给出了压缩机壁面温度、功率、体积流量、排气温度的计算公式。在考虑传热、泄漏等因素的前提下,计算出压缩机工作容腔内的温度、压力变化规律,为后续涡旋压缩膨胀一体机的设计与实验测试系统做好理论准备。其次,在理论研究的基础上,设计了一套针对于涡旋空气压缩膨胀一体机的测试系统,其中各大部件包括气源部件、进气压力控制部件、流量调节阀、流量测量部件、空气加热器、功率表、数据采集系统以及传感器等。本课题组从检测范围、测量精度、操作难易程度、性价比等方面因素考虑,对每一个部件都给出了选型依据以及应用介绍,详细列出了各个部件的工作参数表。精确测控管道中的进气压力、进气温度、体积流量等参数变量。同时采用研华公司生产的ADAM系列数据采集卡,实时记录实验测试系统中各参数值,通过实验数据来真实检验涡旋空气压缩膨胀一体机的能量回收效率。