Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tính chất dòng chảy và hiệu suất của tuabin xuyên tâm đầu vào kép trong điều kiện cấp khí đầy đủ và cấp khí cực hạn
Tóm tắt
Bài báo này trình bày nghiên cứu số và thực nghiệm về hiệu suất và đặc điểm trường dòng bên trong của các tuabin xuyên tâm đầu vào kép ở các điều kiện cấp khí đầy đủ và cực hạn. Tuabin được thử nghiệm trên một cơ sở thử nghiệm bộ tăng áp, được phát triển cho các bộ tăng áp cỡ nhỏ và trung bình. Kết quả thực nghiệm cho thấy hiệu suất thấp nhất tương ứng với các điều kiện cực hạn. Do đó, việc phân tích trường dòng được áp dụng để xem xét các điều kiện này. Mô hình dòng chảy trong ống dẫn và cánh tuabin của một tuabin đầu vào kép được phân tích bằng cách sử dụng trình giải dòng chảy nhớt ba chiều hoàn toàn tự chế. Kết quả hiệu suất tính toán được so sánh với kết quả thực nghiệm và cho thấy sự đối chiếu tốt. Trường dòng chảy tại đầu ra của tuabin được nghiên cứu bằng cách sử dụng đầu dò áp suất năm lỗ; các kết quả số cũng được so sánh với các phép đo thực nghiệm tại đầu ra của rô to. Đối với ống dẫn, kết quả cho thấy hệ số gia tăng entropi thấp nhất tương ứng với các điều kiện cực hạn, đặc biệt là khi đầu vào phía nhụy hoàn toàn đóng. Tại ống vào của rô to cho các điều kiện cấp khí bằng nhau, góc tới chủ yếu nằm trong giá trị tối ưu. Tuy nhiên, sự biến đổi lớn trong góc tới được thấy trong các điều kiện cực hạn, dẫn đến tổn thất tới lớn hơn và do đó hiệu suất thấp hơn. Hơn nữa, các hình contour phân bố entropi tương ứng với mặt thoát ra được xem xét. Đối với cấp khí đầy đủ, vị trí của hệ số gia tăng entropi thấp tại mặt này chiếm một khu vực gần phía nhụy của mặt hút cũng như gần phía nhụy của mặt áp suất tương ứng với một khu vực có góc dòng tuyệt đối cao. Tuy nhiên, đối với các trường hợp cực hạn, hệ số gia tăng entropi thấp chiếm một khu vực tương đối lớn hơn gần phía nhụy so với cấp khí đầy đủ. Vì vậy, việc tạo ra tổn thất cao hơn được ghi nhận ở các trường hợp cực hạn. Hơn nữa, khu vực hệ số gia tăng entropi này tăng lên khi đầu vào phía nhụy hoàn toàn đóng.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Watson N., Janota M.S.: Turbocharging the Internal Combustion Engine. Longman, London (1982)
Dale, A., Watson, N.: Vaneless radial turbocharger turbine performance. IMechE Conference Paper, C110/86 (1986)
Capobianco, M., Gambarotta, A.: Performance of a twin-entry automotive turbocharger turbine. ASME Paper 93-ICE-2 (1993)
Baines, N.C., Yeo, J.H.: Flow in a radial turbine under equal and partial admission conditions. IMechE paper C423/002 (1991)
Tabakoff W., Sheoran Y., Kroll K.: Flow measurements in a turbine scroll. Trans. ASME J. Fluid Eng. 102, 290–296 (1980)
Whitfield, A., Mohd Noor, A.B.: Investigation of the flow characteristics of radial inflow turbocharger volutes. IMechE Conference Paper C405/023 (1990)
Hamed, A., Baskharon, E.: Analysis of three dimensional flow in a turbine scroll. ASME Paper, Presented at the Winter Annual Meeting, New York City (1979)
Winterbone, D.E., Nikpour, B., Alexander, G.I.: Measurement of the performance of a radial inflow turbine in conditional steady and unsteady flow. IMechE Paper C405/015 (1990)
Martinez-Botas, R.F., Pullen, K.R., Shi, F.: Numerical calculations of a turbine volute using a 3-D Navier–Stokes solver. ASME Paper 96-GT-66 (1996)
Baines, N.C., Lavy, M.: Flow in vaned and vaneless stators of radial-inflow turbocharger turbines. IMechE Paper C405/005 (1990)
Benisek, E.F., Struble, A.G.: Laser velocimeter measurements in a turbocharger turbine. IMechE paper C405/009 (1990)
Lymberopoulos, N., Baines, N.C., Watson, N.: Flow in single and twin entry turbine volutes. ASME Paper 88-GT-59 (1988)
Yeo J.H., Baines N.C.: Laser velocity measurements in a twin-entry vaneless radial turbocharger turbine. JSME Int. J. Ser. B 37(4), 861–870 (1994)
Hajilouy, A., Baines, N.C.: Twin-entry radial turbine flow measurements under unsteady flow conditions. Fourth Annual Mechanical Eng. Conf. of ISME, pp. 233–244 (1996)
Zangeneh-Kazemi, M., Dawes, W.N., Hawthorne, W.R.: Three dimensional flow in radial-inflow turbines. ASME Paper 88-GT-103, pp. 1–9 (1988)
Kitson, S.T.: Aerodynamic investigation of radial turbines using computational methods. VonKarman Institute for Fluid Dynamics Lecture Series 1992–05 (1992)
Murugan D.M., Tabakoff W., Hammed A.: Flow measurements and flow analysis in the exit region of a radial turbine. Int. J. Rotating Mach. 3, 93–105 (1997)
Kreuz-Ihli T., Filsinger D.: Numerical and experimental study of unsteady flow field and vibration in radial inflow turbines. J. Turbomach. 122, 247–254 (2000)
Yeo, J.H., Baines, N.C.: Pulsating flow behavior in a twin-entry vaneless radial-inflow turbine. IMechE Paper C405/004 (1990)
Gilarranz J.L., Ranz A.J., Kopko J.A., Sorokes J.M.: On the use of five-hole probes in the testing of industrial centrifugal compressors. J. Turbomach. 127, 91–106 (2005)
Payne S.J., Ainsworth R.W., Miller R.J., Moss R.W., Harvey N.W.: Unsteady loss in a high pressure turbine stage. Int. J. Heat Fluid Flow 24(5), 698–708 (2003)
Miller, E.C., L’Ecuyer, M.R.: Flow field surveys at the inlet and exit of a radial inflow rotor. Purdue University, Thermal Sciences and Propulsion Center, Technical report No. TSPC-TR-85–12 (1985)
Benisek, E.: Comparisons of laser measurements and pneumatic measurements in a turbocharger turbine. IMechE paper C484/01/94 (1994)
BS-1042: Method of measurement of fluid flow in closed conduits (1981)
Rad, M., Hajilouy, A., Shahhosseini, M.R.: Evaluation of empirical performance characteristic of turbocharger turbine and compressor. In: 9th AIAA/ASME Joint Thermophysics and Heat Transfer Conference (2006)
Morrison G.L., Schobeiri M.T., Pappu K.R.: Five-hole pressure probe analysis technique. J. Flow Measure. Instrum. 9, 153–158 (1998)
Ingram G., Gregory-Smith D.: An automated instrumentation system for flow and loss measurements in a cascade. J. Flow Measure. Instrum. 17(1), 23–28 (2006)
Dudzinski, T.J., Krause, L.: Flow direction measurement with fixed-position probes. NASA Technical Report, TM X-1904 (1969)
Palfreyman D., Martinez-Botas R.: The pulsating flow field in a mixed flow turbocharger turbine: an experimental and computational study. J. Turbomach. 127, 144–155 (2005)
Palfreyman, D., Martinez-Botas, R.: Computational and experimental investigation of aerodynamics of turbocharger mixed-flow turbines. IMechE Paper C602/017/2002 (2002)
Ferziger J.H., Peric M.: Computational method for fluid dynamics. Springer, Berlin (1996)
Baines, N.C.: Radial and mixed flow turbine options for high boost turbochargers. IMechE Paper C602/014/2002 (2002)