مطالعه عددي و تجربي عملكرد توربوشارژر يك موتور بنزيني تحت جريان نوساني ورودي

Experimental and Numerical Study of an on-Engine Turbocharger Performance under the Inlet Pulsating Flow

در اين مقاله جريان يك‌بعدي، گذرا، تراكم‌پذير و لزج در يك موتور 7/1 ليتري بنزيني چهار سيلندر با توربوشارژر مدنظر بوده و تمامي اجزا آن به صورت كامل مدل شده‌اند. براي تاييد درستي ‌‌مدل‌سازي، مجموعه موتور و توربوشارژر روي سكوي آزمون قرار گرفته و پارامترهاي عملكردي آنها در 12 دور مختلف موتور ‌اندازه‌گيري شده است. مقايسه بين پاسخ آزمون‌هاي تجربي و نتايج به دست آمده از شبيه‌سازي نشان مي‌دهد كه خطاي بيشينه حدود 13درصد مي‌باشد. يكي از موارد احتمالي در بروز خطا استفاده از منحني مشخصه‌هاي سازندگان توربوشارژر است كه بر مبناي جريان پايا به دست آمده و براي شبيه‌سازي جريان نوساني مورد استفاده قرار گرفته است. نتايج مطالعات نشان مي‌دهد كه پاسخ توربوشارژر به جريان نوساني داراي اهميت زياد بوده و قابل چشم‌پوشي نيست. در تحليل عملكرد موتور و توربوشارژر هنگامي كه مشخصات هندسي و عملكردي آنها به طور كامل مشخص است، استفاده از روش يك‌بعدي كارآمد، كم هزينه و تا حدي قابل‌ قبول است اما براي درك بيشتر عملكرد و چگونگي رفتار جريان درون توربوشارژر يا بهبود هندسه آن، ‌مدل‌سازي سه‌بعدي توربوشارژر و استفاده از روش‌هاي عددي ‌دقيق‌تر بدون استفاده از منحني ارايه شده توسط سازندگان الزامي خواهد بود.

The present work is focused on the performance analysis of a 1.7 liter engine with turbocharger. The ultimate target is studying the response of the turbocharger to the inlet pulsating flow. Such numerical analysis requires the time variation of pressure and velocity at turbine inlet. In order to achieve such information, one dimensional unsteady viscous compressible flow within a 1.7 liter turbocharged SI engine is modeled. It is also necessary to validate the results of simulation by experimental results. A test setup of the turbocharged engine on dynamometer is prepared and various performance parameters are measured at 12 different engine speeds. The comparison between experimental and simulation results shows a very good agreement. In fact, while the mean values of static pressure and temperature at various stations in both experimental and computational approach are fitted fairly on each other, but the amounts of instantaneous parameters are obviously a little bit different. One of the possible sources of errors is the characteristics maps of the turbocharger supplied by the manufacturer which are usually measured at steady operation of turbochargers. The results obtained in the present report will be used in simulating three dimensional unsteady compressible flow in turbocharger turbine which will be reported very soon.