تغيير اندازه توربين شعاعي توربوشارژر براي استفاده در موتوري با احتراق رقيق

Scaling of a Radial Turbine for Turbocharger of a Lean Combustion Engine

هدف اصلي اين مقاله، شبيه‌سازي عددي توربين شعاعي توربوشارژر يك موتور احتراق داخلي و بازطراحي مجدد آن است. يكي از روشهاي كاهش ميزان آلاينده‌ها، كاهش دماي محفظه احتراق با استفاده از احتراق رقيق است. بدين منظور لازم است كه موتور با جريان هوا بيشتري كار كند، براي دست‌يابي به جريان هواي بيشتر، لازم است كه تغييراتي در هندسه توربوشارژر اعمال شود. در گام نخست، سعي در انجام شبيه‌سازي عددي مناسب براي اين مسئله، شده؛ سپس روش عددي مناسب يافت‌شده و اعتبارسنجي آن مطابق با داده‌هاي تجربي انجام مي‌گيرد. در ادامه، تغيير اندازه توربوشارژر انجام‌گرفته و براي افزايش جريان، چهار سناريو متفاوت پيشنهاد مي‌شود و با استفاده از شبيه سازي عددي، عملكرد آنها مورد ارزيابي قرار مي‌گيرد. در سناريو اول، تنها شعاع منحني هاب كاهش مي‌يابد، كه منجر به افزايش نيم ‌درصدي جريان عبوري مي‌شود. در سناريو دوم، شعاع شراد افزايش و شعاع هاب كاهش مي‌يابد، كه نتيجه آن تغيير هفت‌درصدي جريان بوده است. در سناريو سوم، شعاع ورودي و شعاع شراد افزايش‌يافته و شعاع هاب كاهش مي‌يابد، اين تغيير هندسه منجر به افزايش يازده‌درصدي جريان عبوري مي‌شود. درنهايت در سناريو چهارم، هندسه توربين بدون هيچ محدوديتي تغييريافته و جريان عبوري بيست درصد افزايش پيدا مي‌كند.

This research is focused on scaling of a radial turbine for turbocharger of a lean combustion engine. One of the methods to decrease pollution is to reduce the exhaust temperature using lean combustion. So, more air should be entered the engine, and by increasing the air, the turbocharger should be changed for increased mass flow rate. In the first step, the turbine performance is simulated using a CFD solver, and the results are compared to the experimental data. Next, the turbine is scaled by four scenarios, and the turbines' performance is simulated using the CFD solver. In the first scenario, only the hub radius is decreased, and the mass flow is increased by 0.5%. In the second scenario, the hub radius decreases, and the shroud radius increases, and a 7% improvement is obtained. In the third scenario, the inlet and shroud radius increase while the hub radius decreases, and the mass flow is improved by 11%. In the fourth scenario, the geometry is changed freely, and a 20% increment is obtained.