O2-03 氢气循环泵/引射器与供氢温控

课程代码 O2-03 · 板块 O 燃料电池（FCEV）总成与专题 / 辅助系统（BOP）热管理 时长 约 4.0 小时（9 讲） 前置 O1-01 燃料电池电堆产热与水/热管理耦合；A2-01 管网水力学基础 本讲义定位 讲师授课蓝本 / 学员自学讲义，是 O2-03 大纲的完整展开版

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你手上的事	直接看	还要配
审一份引射器选型报告	第 3 讲：引射比两个基准的换算、能力曲线族与需求线的覆盖判据、选型五问卡（五问缺一不下结论）	第 1 讲（两个化学计量比的取样断面在哪）· 第 5 讲（覆盖不住时补泵补在哪一段）
定「要不要上循环泵、在哪一段切」	第 5 讲：切换电流＝需求线与能力曲线族的交点 ＋ 迟滞带，⛔ 不是「额定电流的百分之多少」这类经验数	第 4 讲（泵的能力与主流压差解耦，这才是混合架构的理由）· 第 3 讲
查现场「减压器/供氢管结霜」	第 7 讲：四环成因链，对策逐条挂在链上的某一环——而伴热不在这四类里，并写明它为什么不在	第 6 讲（从瓶到堆七支温度事件的沿程拆账，有升有降）
写一份 purge 策略规格	第 8 讲：可调的是单次开阀时长与开阀周期两个量，⛔ 不是一个「保守/激进」旋钮	第 2 讲（新鲜氢的五支去向：算不平的账在哪三支里）
排查低电流下单体电压离散度变大	第 9 讲：先由阳极进出口压降反查实际堆入口计量比，再按「什么时候出现」定位；选型错误与部件故障的三条鉴别判据	第 8 讲（四处冻堵位置各自的时间尺度）· 第 3 讲（它是不是本来就出了工作窗口）

⛔ 本课不覆盖——【栏一 · 不讲哪些题目】瓶体放氢降温对可用压力与 SOC 的完整展开、加注侧温升、瓶体材料温度边界、TPRD 热触发 ⇒ O3-06 车载储氢系统热安全：加注温升、瓶体温度边界与 TPRD 热触发（本课以瓶模型为界，⛔ 不是按管路几何位置切：瓶端降温只作上游边界条件引入，而瓶阀出口起沿管路的热事件仍在本课射程内）；膜内水传递三条路径的机理与净方向判据 ⇒ O1-01 燃料电池电堆产热与水/热管理耦合（本课设它为前置）；停机吹扫、整堆保温／防冻封存与整堆防冻 ⇒ O1-05 停机吹扫、保温与整堆防冻设计（⚠ 与本课第 8 讲讲的运行中 purge 不是同一件事；⚠ 这里的「保温」⛔ 不含供氢管路低壁温段的隔汽保温，那一条归本课第 7 讲）；低温冷起动与自加热策略 ⇒ O1-04 低温冷启动（-30℃）与自加热策略；引射器卷吸比的台架标定、替代气体等效换算与「何时必须真氢」的安全边界 ⇒ L1-12 燃料电池 BOP 部件台架试验：空压机 map 与喘振线、膜增湿器露点法、引射器卷吸比标定；天然气侧的节流结冰机理与伴热对策 ⇒ P1-07 天然气（LNG/CNG）商用车热管理：气化器吸热、减压器伴热与燃气机散热（本课只拿它作反例对照）；膜增湿器与阴极水平衡 ⇒ O2-02 膜增湿器热湿管理与水平衡；阴极空气计量比的取值判据 ⇒ O2-01 空压机冷却与进气中冷（本课只把它当对照量提一句）。【栏二 · ⛔ 真正不给的数】燃料氢品质的含水限值与等级号 ⇒ 须核 [[ISO 14687]] 与 [[GB/T 37244]] 现行版本原文（本课只写去向与量级）；尾排氢浓度限值 ⇒ 须核 [[GB/T 24549]] 现行版本原文；某一款引射器的能力曲线族与某一款泵的性能曲线 ⇒ 供应商或 L1-12 燃料电池 BOP 部件台架试验：空压机 map 与喘振线、膜增湿器露点法、引射器卷吸比标定 的台架实测；本平台把堆入口计量比下限、purge 触发阈值写成验收条件的那几个数 ⇒ 由电堆供应商约束与本企业整车标定规范给出。⚠ 除以上四类，本课对平台相关量一律给典型参考带 ＋ 拿到它的路，并逐处标「典型值，⛔ 非验收依据」。

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引言：两个比值丢了下标，选型就错了——而没有任何一道检查会报警

阳极侧看起来是全车最简单的一路：一瓶氢、两级减压、一根管子进堆。真正难的地方在于，它的两个核心量都是无量纲比值，而工程上习惯把它们写成同一个符号。量纲检查、单位检查、量级校验——一道都拦不住。写错了，计算全程不会有任何异常，只有几个月后台架上那条「低电流下单体电压离散度变大」的曲线在说话。

第一根钉子：本课有两组「同名不同量」的比值，全课禁止裸写。

第一组是阳极化学计量比。系统级的那一个（记 λ_H2,sys）＝进入系统的新鲜氢 ÷ 法拉第理论消耗，带再循环时它 ≈1，超出 1 的那一点点正是跨膜氢渗透、purge 排放与泄漏三支；堆入口的那一个（记 λ_H2,stack-in）＝（新鲜氢 ＋ 再循环气里的氢）÷ 理论消耗，典型 1.2~2，与阴极空气侧同量级。⚠ 典型区间，⛔ 非验收依据，平台值由本平台电堆与工况谱定（第 2 讲给取它的四条轴）；本课全部算例统一取 1.6，那是教学假设值，不对应任何平台。⇒ 行业里那句流传最广的「阳极计量比远低于阴极空气侧」，说的只是系统级那一个；带着「阳极氢很少」的印象去做再循环设计，回路流量会被低估一个数量级。

第二组是引射比。按氢质量流定义的那一个（记 ER_H2）是系统侧算出来的需求；按二次流总质量流定义的那一个（记 ER_m）把氮和水蒸气一起算进去——而再循环气按质量算，氢只占约六分之一（本课教学假设组成下质量分数 0.172，教学假设值，不对应任何平台）。⇒ 同一台引射器、同一个工况，写 0.60 还是 3.49 全看基准，差 5.82 倍（第 3 讲逐位复算）。供应商曲线与 CFD 报告多数用后一个，而你手上的需求是按前一个算出来的：拿 0.60 去对一条标着「最高 1.5」的曲线，会读出「余量充足」；按同一基准比是 3.49 对 1.5，严重欠再循环。

⇒ 今天就能用的一条硬纪律：拿到任何一条引射比曲线，先问清它的基准是哪一个；问不到，就不许用它下选型结论。这不是建议。

第二根钉子：引射器的死区在低电流侧，⛔ 不在额定点。引射器没有自己的能源，它的全部本事来自主流那股新鲜氢的压差；而能力由主流压差定、需求由电流定，两者随工况朝相反方向走。电流下来，新鲜氢的质量流等比下降，喷嘴前后压差塌下去、卷吸能力塌得更快；与此同时堆内气流速本来就低，要靠更高的堆入口计量比维持各片间的气体分布与带水能力 ⇒ 需求反而往上抬。⇒ 判据只有一句：把能力曲线族与需求线画在同一张「引射比—背压/电流」平面上，看整个工作区间有没有被覆盖住，⛔ 不是在额定点上比一个数。★ 这条判法是本课归纳的——通行说法只给到「低电流工况引射能力不足」这个结论，没有给判法，⛔ 它不是某标准或某手册既有。

最容易被读反的一条：看到减压阀结霜，就照天然气那套上伴热。这条链之所以顽固，是因为它每一步都来自真实经验——霜是看得见的，而且就长在减压阀上；CNG/LNG 车上的减压器确实因节流降温结冰，冷却液伴热确实是那边的标准对策。搬到氢侧，三步全错：① 方向错——氢的最大转化温度在 200 K（约 −73 ℃）量级（⚠ 不同物性库与压力口径给到的值不同，引用前须核原文与其压力条件），常温下焦耳-汤姆逊系数为负，等焓节流升温，它是链条上的升温项、⛔ 不是冷源；② 冷源位置错——真冷源在上游瓶端，放氢时瓶内气体膨胀降温，冷氢顺流把瓶阀、减压器与下游管路的壁温一路拉低，⇒ 大电流放氢时非极寒环境同样结霜；③ 水汽来源错——霜结在管外表面，水汽来自管外的环境空气：燃料氢含水被限在 μmol/mol 量级，即便按该量级的上界取一个代表值（⛔ 这不是任何标准的引用限值，只用于量级比较），中压级上水的分压也只有几帕、对应霜点在 −48 ℃ 一带，而管外空气 20 ℃、相对湿度 60% 时露点就有约 12 ℃ —— 两侧差 60 K 以上，管内在任何车用工况下都结不出冰，管外壁温掉到 0 ℃ 以下就一定结霜。

照错方向做，代价不是白花一笔钱，是三件该做的事一件都不会做。伴热治的是一个不存在的病：它既不改变瓶端那个真冷源，也拦不住管外的环境水汽；更坏的是它把症状按下去——壁温抬起来、霜没了 ⇒ 于是按放氢速率与最低瓶压做的约束（属主 O3-06 车载储氢系统热安全：加注温升、瓶体温度边界与 TPRD 热触发）、低壁温段的隔汽保温（隔的是湿空气接触冷壁，⛔ 不是保温省能）、以及凝水与融霜水别滴到电气件上的结构引流，三件全被跳过。⚠ 反过来也别滑到另一头：知道「节流升温」之后，很容易得出「供氢下游一定是热的、低温防冻不用管」——这一句更危险，因为它会让人取消措施。节流升温只是部分抵消项，全链净值由瓶端降温主导；而在引射器喷嘴内部还有一个完全不同的降温过程：等熵加速让静温骤降（300 K 总温的主流在阻塞喉道处静温约 249 K ＝ −24 ℃，带超声段更低），被卷吸进来的又是饱和湿气 ⇒ 那里是本课四处管内结冰位置里唯一一处低温由气流自己造出来的地方（四处见第 8 讲）。等焓节流与等熵加速是两个过程，⛔ 不得互套、⛔ 不得用其中一个的结论去推另一个。

本课的射程：从「电堆已定、储氢瓶与一级减压已选好」接手，交出三件东西——一份能闭合的阳极氢气账 · 一条再循环装置的选型或校核结论 · 一份供氢温控与防冻的处置清单。⛔ 不从电化学机理讲起，⛔ 不做到台架验收为止，⛔ 不覆盖一级减压阀上游的瓶体温度边界（去向见上一节的两栏）。

路线图：第 1 讲把射程、两组比值的口径、静温与总温的分工、以及全课复用的基准工况一次立清；第 2 讲算氢账——法拉第式这一支是唯一能算准的锚，新鲜氢的另外四支去向、再循环气的组成、以及「dead-end 直流供氢还是再循环」的四条判据；第 3 讲讲引射器：三段结构与卷吸、能力曲线族与需求线、扩工作范围的三条路、以及选型五问卡；第 4 讲讲氢环境循环泵：八条约束、型式与失效模式、寄生功率账；第 5 讲把两者合起来——并联与串联两种拓扑、切换点与迟滞、降级与回退优先级；第 6 讲把从瓶到堆的七支温度事件列成账；第 7 讲把结霜写成一条可逐环检验的因果链，并把对策挂到具体某一环上；第 8 讲讲氮渗透与积水这两条不同的路径、purge 的两个自由度与四处冻堵位置；第 9 讲讲诊断：五类可观测信号、选型错误与部件故障的鉴别、以及按信息量排序的五步排查。随后是 −20 ℃ 冷起动后低电流爬坡的案例详解，与一次要交出「带工作窗口的选型图 ＋ 低温处置清单」的动手做。

⚠ 最后交代三条全课口径，读的时候心里有数即可：压力一律用绝对压力（写作 kPa(abs) / MPa(abs)，唯一例外是压差）；氢流量一律报 g/s（需要工程直觉时括注 kg/h），⛔ 不用「标准立方米每小时」这类体积流报氢；两组比值一律带下标，⛔ 不裸写。全课算例钉在同一组基准工况上（400 片 · 500 A · 堆入口计量比 1.6 · 阳极 200 kPa(abs) · 堆出口气温 70 ℃），它是教学假设值，不对应任何平台——每次复算你都能逐位对上，对不上时是我们的账错了，不是你算错了。

第 1 讲　本课的射程，与四组必须先钉死的口径

阳极供气这件事，从外面看简单得几乎不像个系统：一路氢气从瓶里出来，减两级压，送进电堆，尾气兜回来再用一遍。真正难的地方不在流程，而在这个系统里的关键量，几乎每一个都有两种算法，而两种算法算出来的数都长得像同一个量——同样无量纲、同样是个一点几的比值、同样能代进同一个公式而不报错。

本课后面八讲要做的选型、算账与诊断，全部踩在这几个比值上。所以第 1 讲不讲机理，只做两件事：把本课的射程划清（从哪儿接手、交出什么、哪些事明确不归本课），再把四组会致命的口径一次钉死——两个化学计量比、两个引射比基准、静温与总温、摩尔分数与质量分数。这四组的共同特征是：分不清的时候，没有任何一道量纲检查、任何一个仿真软件、任何一次评审会自动报警；错误会一路沉默地走到台架上，变成一句「引射器选小了」。

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1.1 本课从哪儿接手、交出什么，以及七件事各自的去向

本课的射程：从「电堆已定、储氢瓶与一级减压已选好」接手，交出「一份能闭合的阳极氢气账 ＋ 一条再循环装置的选型/校核结论 ＋ 一份供氢温控与防冻的处置清单」——⛔ 不从电化学机理讲起，⛔ 不做到台架验收为止，⛔ 不覆盖减压阀上游的瓶体温度边界。

上游你手里应该已经有的：电堆的产热与水/热耦合、膜内水传递机理（O1-01 燃料电池电堆产热与水/热管理耦合），以及管网水力学的基本功（A2-01 管网水力学：沿程/局部压降与流量分配）。下游你要交出去的，就是上面那三件产物——它们同时也是本课「动手做」的交付物。

为什么要在第一段就把边界画出来：本课紧挨着七门课，每一门都能接住阳极供气链上的一段。不写死去向，读者会在本课里等一个本课根本不会给的答案，或者反过来，把本课给的一个「引入用的边界条件」当成完整结论拿去用。七件事的去向逐条写死：

你要找的东西	归哪门课	本课怎么处理
瓶体降温对可用压力/SOC 的完整展开、加注侧温升、瓶体材料温度边界、TPRD 热触发	O3-06 车载储氢系统热安全：加注温升、瓶体温度边界与 TPRD 热触发	本课以「瓶模型」为界（⛔ 不是按管路几何位置切）：瓶体与瓶内气体本身的热过程归它，瓶端降温只作上游边界条件引入；而瓶阀出口起沿管路的热事件（含瓶阀与高压管段的对流回温、瓶阀与减压器外表面结霜）仍在本课射程内，见 6.1 第 ② 支与 6.5
膜内水传递的三条路径、净方向判据	O1-01 燃料电池电堆产热与水/热管理耦合	只用它的结论，不重推机理
停机吹扫、整堆保温／防冻封存与整堆防冻	O1-05 停机吹扫、保温与整堆防冻设计	⚠ 两处别读串：① 与本课第 8 讲的运行中 purge ⛔ 不是同一件事；② 这里的「保温」指整堆与冷却回路的保温、防冻封存，⛔ 不含供氢管路低壁温段的隔汽保温——那一条治的是管外结霜的第 3~4 环，归本课第 7 讲 7.5
低温冷起动与自加热策略	O1-04 低温冷启动（-30℃）与自加热策略	本课只给防冻处置清单里与供氢侧相关的那几条
引射器卷吸比的台架标定、替代气体换算与安全边界	L1-12 燃料电池 BOP 部件台架试验：空压机 map 与喘振线、膜增湿器露点法、引射器卷吸比标定	本课讲曲线怎么用，⛔ 不讲曲线怎么测
天然气侧的节流结冰机理与伴热对策	P1-07 天然气（LNG/CNG）商用车热管理：气化器吸热、减压器伴热与燃气机散热	本课只用它作反例对照，⛔ 不给它的限值
膜增湿器与阴极侧水平衡	O2-02 膜增湿器热湿管理与水平衡	本课只处理阳极侧

两个易错点，现在先说，因为它们贯穿全课：

① 把「本课不覆盖」读成「不重要」。上表里每一件都可能让你的系统在台架上出问题，划出去只是因为它有更合适的属主课，不是因为它可以不管。

② 把本课给的典型带当成验收限值写进技术条件。本课后面会给出不少「典型 X~Y」的参考带——它们是设计起点，用来让你知道自己算出来的数落没落在合理的量级里；⛔ 它们不是验收依据，写进技术条件或供应商技术协议的数必须来自你自己平台的实测或电堆供应商的正式输入。

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1.2 第一组同名不同量：λ_H2,sys 与 λ_H2,stack-in

阳极侧有两个化学计量比，它们量纲相同、在低值端数值重叠、且没有任何一道量纲检查能分辨。

• 系统级 λ_H2,sys＝进入系统的新鲜氢质量流 ÷ 法拉第理论消耗。带再循环时它 ≈1（略大于 1，多出来的那一点是跨膜氢渗透 ＋ purge 排放 ＋ 泄漏三支）。
• 堆入口口径 λ_H2,stack-in＝（新鲜氢 ＋ 再循环气里的 H2）质量流 ÷ 法拉第理论消耗。典型 1.2~2，低电流工况取更高值，与阴极空气侧同量级。

为什么必须在第一讲就钉死，而不是用到时再分：燃料电池文献里两者都写作 λ 或 λ_H2，而本课要同时用到它们，还会让它们出现在同一页上——第 2 讲的氢耗账用的是 λ_H2,sys，第 3 讲的引射比需求换算用的是 λ_H2,stack-in。等到第 3 讲再来分辨，你已经在第 2 讲里把符号习惯养成了。

一个可以当场感受到的对照：同一套系统、同一个工况，λ_H2,sys ＝ 1.02 与 λ_H2,stack-in ＝ 1.6 说的是同一件事的两个断面。假如把 1.02 当成堆入口口径去算再循环需求，你会得到 0.02 这个比值——而真值是 0.6，算出来的再循环需求只有真实需求的 3% 量级。按它去选引射器或选泵，选型直接作废，而计算过程本身一步都不会报错。

两个典型带，各自的身份先说清楚：

• λ_H2,stack-in 典型 1.2~2，低电流工况取更高值（本课程体系给出的典型区间）。⚠ 这条带说的是中高电流的常用工况——「低电流取更高值」意味着低电流工况会越过上限 2，本课算例在 20% 负荷上取 2.2（第 3 讲 3.3、典型案例、动手做第 2 问用的都是它），⛔ 那不是笔误、也不是把带撑开：出带的是工况，⛔ 不是带本身。⚠ 典型值、⛔ 非验收依据；⛔ 不许把区间端点读成可承诺值——「取 2 就一定够」是错的，够不够要看第 3 讲的能力—需求覆盖判据。平台值由电堆供应商的阳极流场要求与你自己的低电流带水策略共同定。
• λ_H2,sys 典型 1.01~1.05。⚠ 这个带是本课按跨膜渗透 ＋ purge ＋ 泄漏三支的量级归纳给出的参考带，未经独立核对，⛔ 非验收依据、⛔ 不得写成某标准或某手册既有。平台值只能由整车氢耗实测反标定得到——拿到方法在第 2 讲。

⛔⛔ 全课禁止裸写 λ_H2，一律写 λ_H2,sys 或 λ_H2,stack-in。选型、算例、做题、图上标注一律用 λ_H2,stack-in；λ_H2,sys 只在讨论氢耗与系统效率时出现。引用外部资料时，必须就地写明「原文的 λ 在本课语境下是哪一个」，⛔ 不许原样抄一个裸的 λ 进来。

两个最常见的踩法：① 看到「阳极计量比远低于阴极」就以为堆入口的氢也是刚好够用——那句话说的是系统级口径，下一节专门处理；② 从别人的报告里抄一个 λ 的数值进自己的模型而不问口径，两边都没错，合起来错。

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1.3 「阳极计量比远低于阴极空气侧」——这句话只在一个口径下成立

这是行业资料里出现频率最高的一句阳极侧描述，而它是一条在子集上成立、却被写成了全称的句子。

拆开看就清楚了：

• λ_air 典型 1.5~2.5（⚠ 典型值、⛔ 非验收依据；本课只把它当对照量用，它的取值判据与影响不归本课，去向 O2-01 空压机冷却与进气中冷 / O1-01 燃料电池电堆产热与水/热管理耦合）；
• λ_H2,stack-in 典型 1.2~2 ⇒ 与阴极同量级；
• λ_H2,sys ≈ 1.01~1.05 ⇒ 只有它「远低于」。

⇒ 那句话在系统级口径下成立，在堆入口口径下不成立。它省略了口径，于是读者带着「阳极氢很少」的印象去做再循环设计，回路流量、泵的排量、引射器的规格会被系统性地低估。

⚠ 反过来也别矫枉过正：把 λ_H2,sys ≈ 1 读成「阳极没有任何过量供给」同样是错的。它超出 1 的那一点点不是测量误差，是三支实实在在的氢：跨膜渗透到阴极的 H2、purge 阀每次开启带走的 H2、以及系统的内漏与外漏。这三支是第 2 讲那笔氢账里最容易漏掉的部分，也是「系统实测氢耗为什么总比理论氢耗高」的答案。

你今天就能用的一条：以后在任何文档、报告或供应商邮件里看到一个不带下标的 λ，先按它数值本身判一次口径——落在 1.0~1.1 的几乎一定是系统级，落在 1.2 以上的几乎一定是堆入口级；然后回去问，把口径写进邮件里再用。⚠ 这个数值判法只是初筛，⛔ 不能当结论——两个口径在 1.1~1.2 这一段是重叠的，而这一段恰好是低电流工况的常驻区。

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1.4 第二组同名不同量：引射比的两个基准，同一工况差 5.82 倍

引射比的定义式很干净：引射比 ＝ 二次流质量流 ÷ 主流质量流。问题出在「二次流」指的是哪一部分。

• ER_H2＝ṁ_H2,recirc / ṁ_H2,fresh，二次流只算里面的 H2。⇒ 当 λ_H2,sys 取 1 时，ER_H2 ＝ λ_H2,stack-in − 1——系统侧的需求天然就是按这个基准算出来的。
• ER_m＝ṁ_recirc,tot / ṁ_H2,fresh，二次流连 N2 与水蒸气一起算。⚠ 引射器供应商与 CFD 报告多数用这一个。

为什么这个歧义在别处不出现、偏偏在这里致命：那个定义式在单组分引射器（比如蒸汽引射）里没有任何歧义，二次流就是那一种介质；而阳极再循环的二次流是四组分两相的混合物——H2、N2、水蒸气、痕量杂质，外加冷凝出来的液态水。定义式沿用了，前提条件没跟过来。

按本课的教学假设组成（y_H2 ＝ 0.70 / y_H2O ＝ 0.16 / y_N2 ＝ 0.14，⛔ 教学假设值，不对应任何平台）算一次换算系数：

M_mix ＝ 0.70×2.016 ＋ 0.16×18.015 ＋ 0.14×28.013 ＝ 8.215 g/mol w_H2 ＝ 0.70×2.016 / 8.215 ＝ 0.172 ⇒ ER_m ＝ ER_H2 / 0.172 ＝ 5.82 × ER_H2

代进本课基准工况（λ_H2,stack-in ＝ 1.6、λ_H2,sys ＝ 1.0）：ER_H2 ＝ 0.60，而同一台引射器、同一个工况下 ER_m ＝ 3.49。

这个 5.82 倍会怎么吃掉你的选型：供应商曲线上标着「引射比最高 1.5」，你拿自己算出的 0.60 去比，得出「余量充足、还能降规格」；而如果那条曲线用的是总质量流基准，真正该比的是 3.49 vs 1.5——严重欠再循环，差了一倍以上。而这个错不会在任何一个计算环节里报错：两个数都无量纲，都是正常量级的比值，代进任何公式都通得过。

⛔⛔ 全课禁止裸写 ER，一律写 ER_H2 或 ER_m。系统侧的需求先按 ER_H2 算出来（严格式 ＝(λ_H2,stack-in − λ_H2,sys)/λ_H2,sys；只有取 λ_H2,sys ＝ 1 时才简化成 λ_H2,stack-in − 1），再用再循环气组成换算到 ER_m，才能与供应商曲线放在一起比。⛔ 拿到任何一条引射比曲线，基准问不清就不许用它下选型结论——这是本课的硬纪律，⛔ 不是建议。

★ 「两个基准必须显式换算、且换算系数就是 1/w_H2」这条判据是本课归纳的，⛔ 不是某标准或某手册的既有条款；本课程体系给出的定义式并没有声明二次流的组分基准。

两个最常见的踩法：① 把引射比当成「引射器的一个固有参数」，而它其实是一个带基准的比值，脱了基准不可判对错；② 自己按 H2 基准算需求、却去比别人按总质量基准画的曲线——两边各自都对，合起来错。

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1.5 阳极侧的每一个百分数，必须带 y 还是 w

摩尔分数 y_i 与质量分数 w_i 的换算式是常识：w_i ＝ y_i·M_i / M_mix。真正需要在本课开头单独立一条的，是它在氢混合气里被放大到倍数级这件事。

在空气这类各组分摩尔质量相近的混合气里，摩尔分数与质量分数只差百分之几，日常沟通里混着说不出事——很多人在阴极侧、在整车环境侧养成的直觉就是这么来的。这个直觉在阳极侧直接失效：氢的摩尔质量比它的同伴组分小一个量级，换算系数 M_i/M_mix 一下子跨了几倍。

用本课的教学假设组成看一眼（⛔ 教学假设值，不对应任何平台）：

组分	摩尔分数 y_i	质量分数 w_i
H2	0.70	0.172
H2O	0.16	0.351
N2	0.14	0.477

⇒ 按质量算，再循环气里最多的组分是氮气，不是氢气。同一股气，氢从「七成」变成「不到两成」，差了四倍。

⛔⛔ 全课禁止裸写「浓度／含量／百分比」——本课两者同时用到，任何一个百分数不带 y 或 w 标记都不可判对错。

这条纪律有两个直接后果，都会在后面的讲里兑现：① 循环泵搬运的是总质量流（也就是 ṁ_recirc,tot），它不是「主要在搬氢」——按质量看它主要在搬氮和水，选泵一律按总质量流，⛔ 不按其中的 H2 那一支；② purge 的触发阈值通常用摩尔分数写（第 8 讲的 x_N2,an 就是），⛔ 不能直接代进任何按质量流写的公式里。

⚠ 一个典型参考带：车用 PEMFC 阳极再循环气的 w_H2 典型落在 0.15~0.25，随电流、阳极绝压、堆出口温度与 purge 状态在带内移动；本课取的 0.172 落在带内。⚠ 典型值、⛔ 非验收依据；平台值须实测组成，取样与分析方法不归本课。

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1.6 引射器内部：静温、总温，以及热电偶实际读到的第三个东西

这一组口径放在第 1 讲，是因为它同时被第 3 讲（喷嘴内的温度）与第 7 讲（喉道到底会不会结冰）用到，而且它是本课唯一一处「你读到的那个数，和你要判的那个量，根本不是同一个量」。

• T_tot 总温（滞止温度）——绝热流动中沿程守恒的那个温度。判换热、判能量守恒，用它。
• T_stat 静温——流体微团自身的热力学温度，随流速升高而下降。判会不会结冰、判析出与相变，用它。

两者之差就是动能项。在喷嘴阻塞的喉道处这个差有多大，可以当场算：氢在常温低压附近的比热比 γ ＝ 1.41（⚠ γ 随温度与压力变，本课统一取常温值），阻塞喉道处

T_stat / T_tot ＝ 2/(γ+1) ＝ 2/2.41 ＝ 0.830

⇒ 300 K 的总温进去，喉道静温只有 249 K（−24 ℃）。带超声扩张段时还会更低。

而管壁上那支热电偶读到的，两个都不是：它介于静温与总温之间，还叠着壁面导热与探头处的滞止恢复，具体落在哪儿与探头形式有关。

⇒ 直接后果，也是本讲要你带走的一条方法结论：拿一个实测的「引射器温度」去判喉道会不会结冰，在方法上不成立。它既不是你要的静温，也不能通过一个固定修正折算过去。第 7 讲会给出该怎么判——用喷嘴内的等熵过程算静温，再与二次流的相态状态一起看。

两个方向相反的踩法，两边都要防：① 用一个实测温度否定结冰风险（「我测过，那儿是 5 ℃，不会结冰」）；② 反过来把喉道静温当成整个引射器的温度，得出「引射器一直是 −24 ℃」的错误图像——出了喉道，气流在混合段减速升压，静温就回来了，低静温只存在于喉道与其紧邻的一小段。

⛔ 引射器与喷嘴内部一律区分并标明 T_stat 与 T_tot，⛔ 禁止裸写 T。

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1.7 全课统一的基准工况，与本讲钉死的口径卡

本课有九讲、二十余张图，做题、算例、图上标注、动手做全部钉在同一组假设上。之所以要在这里显式立一次，是因为：任何一处偷偷换了基准，读者复算时都会对不上——而对不上的时候，读者不会怀疑讲义，会怀疑自己。

本课基准工况（⛔ 教学假设值，不对应任何平台）：

量	本课取值	典型参考带
单体片数 n_cells	400 片	FCEV 商用车主驱电堆常见 300~500 片
电堆电流 I	500 A	额定电流常见 400~700 A
λ_H2,stack-in	1.6	典型 1.2~2，低电流取更高值
λ_H2,sys	1.0	典型 1.01~1.05（本课归纳，未经独立核对）
阳极绝压	200 kPa(abs)	常见 150~300 kPa(abs)
堆出口气温	70 ℃	常见 60~80 ℃
平均单体电压 U_cell,avg	0.65 V	—

⇒ 这组假设对应电堆直流输出约 400 × 500 A × 0.65 V ＝ 130 kW 量级，是当前 FCEV 商用车的一个常见档位。本课取的这一组数落在各条典型带的中段，⚠ 各条带均为典型值、⛔ 非验收依据；平台值由电堆供应商的正式输入与整车方案共同定，⛔ 不得把上表任何一个数抄进设计文件或技术协议。

两个踩法：① 把这组数抄进设计文件——本课每一次引用它们都会就地写一句「教学假设值、不对应任何平台」，就是为了让它们不会在传播中丢掉身份；② 换了工况却只换了一半——比如把电流改了、却没同步改 λ 与再循环气组成，于是第 6 讲的温度账与第 3 讲的流量账建在两组互不相容的假设上。

本讲钉死的口径卡（全课有效，后面各讲不再重复声明）：

口径	决定
化学计量比	⛔ 禁止裸写 λ_H2；一律写 λ_H2,sys 或 λ_H2,stack-in。选型、算例、做题、图上标注一律用 λ_H2,stack-in
引射比	⛔ 禁止裸写 ER；一律写 ER_H2 或 ER_m。需求先按 ER_H2 算，再换算到 ER_m 才能与供应商曲线比
组成的百分数	⛔ 禁止裸写「浓度／含量／百分比」；一律带 y（摩尔分数）或 w（质量分数）标记。全课唯一的例外是 x_N2,an——阳极再循环气里的 N2 摩尔分数沿用行业惯用的 x 记号（吹扫逻辑与文献都写 x），它仍是摩尔分数，⛔ 不是第三种口径；阴极侧同一种量仍写 y_N2,ca
引射器内的温度	⛔ 禁止裸写 T；一律标明 T_stat 或 T_tot。判结冰只用 T_stat，判换热与能量守恒只用 T_tot
压力	一律用绝对压力，写作 kPa(abs) / MPa(abs)，⛔ 禁止裸写「压力」。唯一例外是压差，写作 kPa 并注明是差
氢气流量	一律报 g/s，需要工程直觉时括号里附 kg/h。⛔ 禁止用 Nm³/h 或 slpm 报氢流量
再循环气组成	全课统一取 y_H2 ＝ 0.70 · y_H2O ＝ 0.16 · y_N2 ＝ 0.14 ⇒ M_mix ＝ 8.215 g/mol、w_H2 ＝ 0.172。⛔ 教学假设值，不对应任何平台

最后两条的理由各说一句，因为它们看起来最像形式主义：绝压——本课的两个核心判据都踩在绝压上，喷嘴的阻塞判据比的是出口背压与主流压力的绝压比，霜点换算用的是水的分压（＝摩尔分数 × 绝压）；在 70 MPa 侧表压绝压差 0.1 MPa 无所谓，在 200 kPa(abs) 的堆入口侧就是差一半。流量单位——「标准状态」在国内外资料里至少有 0 ℃ 与 20 ℃ 两套，对应密度差约 7%，而氢的密度小、体积流数字大，这个 7% 最容易被当成测量误差吞掉。若必须转述别人给的体积流，就地写明它用的是哪一套标准状态；写不出来就只写去向、不写数。

拿到别人一个数时的三问（今天就能用）——把它贴在你评审供应商资料的清单上：

1. 这个 λ 是哪个口径？不确定时先按数值初筛（1.0~1.1 多半是系统级，1.2 以上多半是堆入口级），然后回去问，并把答案写进文件；1.1~1.2 这一段两个口径重叠，⛔ 不许靠数值判。
2. 这条引射比曲线的二次流是只算 H2 还是算总质量流？问不到就不许用它下选型结论；问到了就用 1/w_H2 换到同一个基准再比。
3. 这个百分数是 y 还是 w？在阳极侧两者差到四倍，⛔ 不能按「差不多」处理。

三问都问完，你才拥有一组可以互相比较的数——这是本课后面八讲全部计算的入场条件。

本讲小结：本课从「电堆已定、瓶与一级减压已选好」接手，交出氢气账、再循环装置选型结论、供氢温控与防冻清单，减压阀上游归 O3-06 车载储氢系统热安全：加注温升、瓶体温度边界与 TPRD 热触发。四组口径在这里一次钉死：两个化学计量比（λ_H2,sys ≈1 与 λ_H2,stack-in 典型 1.2~2，⛔ 禁止裸写）、两个引射比基准（ER_H2 ＝ 0.60 与 ER_m ＝ 3.49 是同一工况的两个数，差 5.82 倍，⛔ 禁止裸写）、静温与总温（判结冰只用 T_stat，喉道 249 K vs 总温 300 K）、摩尔分数与质量分数（y_H2 ＝ 0.70 而 w_H2 ＝ 0.172）。它们的共同点是分不清时没有任何东西会报警——所以纪律只能立在这里，而不是等出错时再补。