Физическое моделирование термомеханики газовых потоков в выходных каналах центробежного компрессора турбокомпрессора

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.

турбокомпрессор, газовые потоки, выходной канал, газодинамика, степень турбулентности, локальный коэффициент теплоотдачи

1. Ferguson C.R., Kirkpatrick A.T. Internal combustion engines: applied thermosciences. USA: John Wiley & Sons, 2016. 474 с.

2. Watson N., Janota M.S. Turbocharging the Internal Combustion Engine. London: Palgrave Macmillan Press, 1982. 608 p.

3. 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.

4. 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.

5. 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 6

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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.