بررسی تجربی و شبیه سازی همزمان انتقال حرارت و جریان سیال در محفظه توربین توربوشارژر

ماهیت جریان درون محفظه توربین توربوشارژر بسیار پیچیده بوده وپدیده های مختلفی از قبیل جدایی و آشفتگی جریان درون توربین مشاهده می شود. همچنین توربین در فاصله نزدیکی از کمپرسور توربوشارژر قرار دارد و انتقال حرارت بین کمپرسور و توربین تاثیر بسزایی بر روی عملکرد کمپرسور و عملکرد کلی توربوشارژر خواهد داشت. لذا بررسی انتقال حرارت مابین اجزای توربوشارژر و نیز بین توربوشارژر و محیط اطراف ضروری می باشد. بررسی انتقال حرارت بدون در نظر گرفتن شرایط سیال فرض مناسبی نمیباشد، در نتیجه در این پژوهش شبیه سازی سه بعدی انتقال حرارت و جریان سیال در محفظه توربین به صورت همزمان انجام شد و توزیع دمای محفظه توربین، مقادیر انتقال حرارت داخلی و خارجی آن و دمای سیال خروجی در شرایط کاری مختلف مشخص شدند. علاوه بر اندازه گیری های مورد نیاز برای محاسبه نقاط کاری کمپرسور و توربین، مجموعه ای از حسگرهای دما بر روی توربوشارژر نصب شدند و دمای سطوح محفظه توربین در اتاق آزمون موتور اندازهگیری شدند. به منظور تعیین شرایط مرزی حرارتی از کد یک بعدی انتقال حرارت توربوشارژر استفاده شد که بر اساس نتایج آزمون دمایابی صحه گذاری شده بود و شرایط مرزی سیال از نرم افزار جیتیپاور دریافت شد. در ابتدا جریان سیال درون محفظه توربین به تنهایی مورد بررسی قرار گرفت و استقلال از شبکه بررسی شد. خطوط جریان سیال عبوری از توربین، جریان گردابه ای را در مسیر خروجی نشان میدهند که بر روی عملکرد توربین تاثیر منفی دارد. بعد از صحه گذاری مسیر سیال، حل همزمان جریان و انتقال حرارت انجام شد و دمای سطوح محفظه توربین با نتایج تجربی مقایسه شدند. تطابق خوبی بین نتایج شبیهسازی و نتایج آزمایشگاهی وجود داشت و خطای شبیه سازی کمتر از 5 درصد بود. توزیع دمای محفظه توربین موقعیت مربوط به بیشترین دمای قطعه را نشان میدهد که امکان انجام این آزمون به صورت تجربی نیاز به تجهیزات فراوانی دارد و عملا امکانپذیر نمیباشد.

کلیدواژه ها:

انتقال حرارت ، توربوشارژر ، شرایط ناپایا ، موتور بنزینی ، شبیه سازی سه بعدی