probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2020-3-44-50probener-1358Research ArticleЭНЕРГЕТИКАPOWER ENGINEERINGФизическое моделирование термомеханики газовых потоков в выходных каналах центробежного компрессора турбокомпрессораPhysical simulation of thermomechanics of gas flows in the output channels of turbocharger centrifugal compressorhttps://orcid.org/0000-0002-4481-3607ПлотниковЛ. В.PlotnikovL. V.

Плотников Леонид Валерьевич – канд. техн. наук, доцент кафедры «Турбины и двигатели»

Leonid V. Plotnikov

plotnikovlv@mail.ruБродовЮ. М.ZhilkinB. P.

Бродов Юрий Миронович – д-р. техн. наук, зав. кафедрой турбин и двигателей

Boris P. Zhilkin

ЖилкинБ. П.BrodovYu. M.

Жилкин Борис Прокопьевич – д-р физ.-мат. наук, профессор кафедры «Теплоэнергетика и теплотехника»

Yurii M. Brodov

tot@ustu.ruГригорьевН. И.GrigorievN. I.

Григорьев Никита Игоревич – доцент кафедры «Турбины и двигатели»

Nikita I. Grigoriev

alexandr_nevolin@mail.ruОсиповЛ. Е.OsipovL. E.

Осипов Леонид Евгеньевич – магистрант кафедры «Турбины и двигатели»

Leonid E. Osipov

gepebola3@mail.ruУральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»РоссияUral Federal University named after the first President of Russia B.N. YeltsinRussian Federation2020080920202234450Copyright © Плотников Л.В., Бродов Ю.М., Жилкин Б.П., Григорьев Н.И., Осипов Л.Е., 20202020Плотников Л.В., Бродов Ю.М., Жилкин Б.П., Григорьев Н.И., Осипов Л.Е.Plotnikov L.V., Zhilkin B.P., Brodov Y.M., Grigoriev N.I., Osipov L.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/1358

Известно, что тепломеханические характеристики потока воздуха в выходном канале компрессора турбокомпрессора во многом определяют эффективность качество процессов газообмена поршневого двигателя. Исследования проводились на экспериментальной установке, содержащей турбокомпрессор, выходные каналы разной конфигурации, измерительную базу и систему сбора данных. Установлено, что стабилизация потока в выходном канале компрессора приводит к существенному росту интенсивности теплоотдачи (вплоть до 25 %) по сравнению с базовым трубопроводом при одновременном уменьшении степени турбулентности на величину до 30 %. В выходном канале компрессора с канавками наблюдается еще более существенный рост интенсивности теплоотдачи (вплоть до 30 %) при увеличении степени турбулентности на величину до 12 % по сравнению базовым каналом. Предлагаемые конфигурации выходных каналов компрессора могут быть использованы для интенсификации теплообмена с целью естественного охлаждения воздуха в процессе впуска, а также для стабилизации газодинамических параметров потока с целью снижения гидравлического сопротивления впускной системы двигателя с турбонаддувом.

It is known that the thermal and mechanical characteristics of the air flow in the output channel of the turbocharger compressor largely determine the efficiency and quality of the gas exchange processes of the piston engine. The research was carried out on an experimental installation containing a turbocharger, output channels of different configurations, a measurement database and a data collection system. It was found that the stabilization of the flow in the output channel of the compressor leads to a significant increase in the heat transfer intensity (up to 25 %) compared to the base pipeline, while reducing the degree of turbulence by up to 30 %. In the output channel of the compressor with grooves, there is an even more significant increase in the heat transfer intensity (up to 30 %) with an increase in the degree of turbulence by up to 12% compared to the base channel. The proposed configurations of the compressor output channels can be used to intensify heat exchange in order to naturally cool the air during the intake process, as well as to stabilize the gas dynamic parameters of the flow in order to reduce the hydraulic resistance of the intake system of the turbocharged engine.

турбокомпрессоргазовые потокивыходной каналгазодинамикастепень турбулентностилокальный коэффициент теплоотдачиturbochargergas flowsoutput channelgas dynamicsturbulence degreelocal heat transfer coefficientРабота, по результатам которой написана статья, выполнена при поддержке РНФ в рамках научного проекта 18-79-10003.the work has been supported by the Russian Science Foundation (grant No. 18-79-10003).ReferencesFerguson C.R., Kirkpatrick A.T. Internal combustion engines: applied thermosciences. USA: John Wiley & Sons, 2016. 474 с.Ferguson CR, Kirkpatrick AT. Internal combustion engines: applied thermosciences. USA: John Wiley & Sons, 2016. 474 с.Watson N., Janota M.S. Turbocharging the Internal Combustion Engine. London: Palgrave Macmillan Press, 1982. 608 p.Watson N, Janota MS. Turbocharging the Internal Combustion Engine. London: Palgrave Macmillan Press. 1982. 608 p.Zhang M,. Zheng X. Criteria for the matching of inlet and outlet distortions in centrifugal compressors // Applied Thermal Engineering. 2018. V. 131. pp. 933-946.Zhang M, Zheng X. Criteria for the matching of inlet and outlet distortions in centrifugal compressors. Applied Thermal Engineering. 2018;131:933-946.De Bellis V., Bontempo R. Development and validation of a 1D model for turbocharger compressors under deep-surge operation // Energy. 2018. V. 142. pp. 507-517.De Bellis V, Bontempo R. Development and validation of a 1D model for turbocharger compressors under deep-surge operation. Energy. 2018;142:507-517.Deng Q., Burke R.D., Zhang Q., et al. A research on waste-gated turbine performance under unsteady flow condition // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2017. V. 139. N 6Deng Q, Burke RD, Zhang Q, et al. A research on waste-gated turbine performance under unsteady flow condition. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2017;139(6).Leufvén O. Measurement, analysis and modeling of centrifugal compressor flow for low pressure ratios // International Journal of Engine Research. 2016. V. 17. N. 2. pp. 153-168.Leufvén O, Eriksson L. Measurement, analysis and modeling of centrifugal compressor flow for low pressure ratios. International Journal of Engine Research. 2016;17(2):153-168.Galindo J., Tiseira A., Navarro R., et al. Effect of the inlet geometry on performance, surge margin and noise emission of an automotive turbocharger compressor // Applied Thermal Engineering. 2017. V. 110. pp. 875-882.Galindo J, Tiseira A, Navarro R, et al. Effect of the inlet geometry on performance, surge margin and noise emission of an automotive turbocharger compressor. Applied Thermal Engineering. 2017;110:875-882.Hirano T., Ogawa T., Yasui R. Effect of double air injection on performance characteristics of centrifugal compressor // Journal of Thermal Science. 2017. V. 26. N 1. pp. 11-17.Hirano T, Ogawa T, Yasui R, et al. Effect of double air injection on performance characteristics of centrifugal compressor. Journal of Thermal Science. 2017;26(1):11-17.Gancedo M., Gutmark E., Guillou E. PIV measurements of the flow at the inlet of a turbocharger centrifugal compressor with recirculation casing treatment near the inducer // Experiments in Fluids. 2016. V. 57. N 2.Gancedo M, Gutmark E, Guillou E. et al. PIV measurements of the flow at the inlet of a turbocharger centrifugal compressor with recirculation casing treatment near the inducer. Experiments in Fluids. 2016;57(2).Torregrosa A.J., Broatch A., Pastor J.V., et al. Measuring turbocharger compressor inlet backflow through particle image velocimetry // Experimental Thermal and Fluid Science. 2018. V. 99. pp. 420-432.Torregrosa AJ, Broatch A, Pastor JV. Measuring turbocharger compressor inlet backflow through particle image velocimetry. Experimental Thermal and Fluid Science. 2018;99:420-432.Hou H., Wang L., Wang R., et al. Effects of bending-torsional duct-induced swirl distortion on aerodynamic performance of a centrifugal compressor // Journal of Thermal Science. 2017. V. 26. N 2. pp. 97-106.Hou H, Wang L, Wang R, et al. Effects of bending-torsional duct-induced swirl distortion on aerodynamic performance of a centrifugal compressor. Journal of Thermal Science. 2017;26(2):97-106.Bozza F., Bellis V.De, Teodosio L. A numerical procedure for the calibration of a turbocharged spark-ignition variable valve actuation engine at part load // International Journal of Engine Research. 2017. V. 18. № 8. pp. 810-823.Bozza F, Bellis VDe, Teodosio L. A numerical procedure for the calibration of a turbocharged spark-ignition variable valve actuation engine at part load. International Journal of Engine Research. 2017;18(8):810-823.Plotnikov L.V., Zhilkin B.P. Specific aspects of the thermal and mechanic characteristics of pulsating gas flows in the intake system of a piston engine with a turbocharger system // Applied Thermal Engineering, 2019. V. 160.Plotnikov LV, Zhilkin BP. Specific aspects of the thermal and mechanic characteristics of pulsating gas flows in the intake system of a piston engine with a turbocharger system. Applied Thermal Engineering. 2019. V. 160.Isaev S.A., Schelchkov A.V., Leontiev A.I., et al. Numerical simulation of the turbulent air flow in the narrow channel with a heated wall and a spherical dimple placed on it for vortex heat transfer enhancement depending on the dimple depth // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2016. V. 94. pp. 426-448.Isaev SA, Schelchkov AV, Leontiev AI, et al. Numerical simulation of the turbulent air flow in the narrow channel with a heated wall and a spherical dimple placed on it for vortex heat transfer enhancement depending on the dimple depth. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2016;94:426-448.Шестаков Д.С., Плотников Л.В., Жилкин Б.П и др. Снижение пульсаций потока во впускной системе поршневого ДВС с наддувом // Двигателестроение. 2013. № 1 (251). С. 24-27.Shestakov DS, Plotnikov LV, Zhilkin BP, et al. Reducing flow pulsations in the intake system of a piston internal combustion engine with supercharging. Engine building. 2013;1(251):24-27.Плотников Л.В., Бродов Ю.М. Экспериментальное исследование и совершенствование процессов газообмена поршневых и комбинированных ДВС в условиях газодинамической нестационарности // Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2015. № 12 (669). С. 35-44.Plotnikov LV, Zhilkin BP, Brodov YuM. Experimental research and improvement of gas exchange processes of piston and combined internal combustion engines under conditions of gas-dynamic unsteadiness. Proceedings of higher educational institutions. Engineering. 2015;12(669):35-44.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.