تغییر اندازه توربین شعاعی توربوشارژر برای استفاده در موتوری با احتراق رقیق

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

دوره 32، شماره 2 - شماره پیاپی 24، 1400، صفحه 165-180   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jacsm.2021.71634.1045

نویسندگان

مهیار مفاخری¹؛ اسرا امانی²؛ علی مددی^{* 1}

¹دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

²دانشجوی کارشناسی، دانشکده هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

چکیده

هدف اصلی این مقاله، شبیه‌سازی عددی توربین شعاعی توربوشارژر یک موتور احتراق داخلی و بازطراحی مجدد آن است. یکی از روشهای کاهش میزان آلاینده‌ها، کاهش دمای محفظه احتراق با استفاده از احتراق رقیق است. بدین منظور لازم است که موتور با جریان هوا بیشتری کار کند، برای دست‌یابی به جریان هوای بیشتر، لازم است که تغییراتی در هندسه توربوشارژر اعمال شود. در گام نخست، سعی در انجام شبیه‌سازی عددی مناسب برای این مسئله، شده؛ سپس روش عددی مناسب یافت‌شده و اعتبارسنجی آن مطابق با داده‌های تجربی انجام می‌گیرد. در ادامه، تغییر اندازه توربوشارژر انجام‌گرفته و برای افزایش جریان، چهار سناریو متفاوت پیشنهاد می‌شود و با استفاده از شبیه سازی عددی، عملکرد آنها مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. در سناریو اول، تنها شعاع منحنی هاب کاهش می‌یابد، که منجر به افزایش نیم ‌درصدی جریان عبوری می‌شود. در سناریو دوم، شعاع شراد افزایش و شعاع هاب کاهش می‌یابد، که نتیجه آن تغییر هفت‌درصدی جریان بوده است. در سناریو سوم، شعاع ورودی و شعاع شراد افزایش‌یافته و شعاع هاب کاهش می‌یابد، این تغییر هندسه منجر به افزایش یازده‌درصدی جریان عبوری می‌شود. درنهایت در سناریو چهارم، هندسه توربین بدون هیچ محدودیتی تغییریافته و جریان عبوری بیست درصد افزایش پیدا می‌کند.

کلیدواژه‌ها

توربین شعاعی؛ توربوشارژر؛ شبیه‌سازی عددی؛ CFD؛ تغییر اندازه

مراجع

1. Alaviyoun, S.S. and M. Ziabasharhagh. "Experimental thermal investigation of turbocharger in internal combustion engine and considering effect of electrical water pump on heat soak test", Modares Mechanical Engineering, 17, pp. 266-274, (2018).
2. Whitfield, A. "The preliminary design of radial inflow turbines", in ASME International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exposition, American Society of Mechanical Engineers, (1989).
3. Aungier, R.H "Turbine Aerodynamics: axial-flow and radial-flow turbine design and analysis", ASME, (2006).
4. Chen, H. and N. Baines "Analytical optimization design radial and mixed flow turbines". Journal of Power and Energy, Vol. 206, 177-187,  (1992).
5. Daabo, A.M., et al "Development of three-dimensional optimization of a small-scale radial turbine for solar powered Brayton cycle application", Applied Thermal Engineering, Vol. 111, pp. 718-733, (2017).
6. Surekha, N., et al." Optimization of principal dimensions of radial flow gas turbine rotor using genetic algorithm", International Journal of Scientific & Engineering Research, Vol. 3 (2017).
7. Mueller, L., Z. Alsalihi, and T. Verstraete. "Multidisciplinary optimization of a turbocharger radial turbine", Journal of Turbomachinery, 135, pp. 210-220, (2013).
8. Baar, Bojan Savic- Rainer Zimmermann- B. Jander- Rolan" Radial Turbines". European Conference on Turbomachinery Fluid dynamics & Thermodynamics. Berlin: s.n., (2017).
9. Zargar, A. and A. tousi "1D radial turbine design for gasturbine".
10. Whitfield, A, N.C. Baines "Design of radial turbomachines". (1990).
11. Eichhorn, R et al. "Redesign of a radial turbine variable stator geometry with optimized free space parameter for improved efficiency", SAE, (2017).