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

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.

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

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.