In the past decades, stricter legislation has been imposed to improve fuel economy and to reduce tail-end emissions of automotive vehicles worldwide. One of the important and effective technologies adopted by the automobile manufacturers to fulfill legislation requirements is the turbocharger technology. As unavoidable large temperature gradients exists in an automotive turbocharger, heat transfer is prominent. However, the effects of heat loss on the turbocharger turbine performance is unclear, i.e. there is no consensus about its effects among researchers. Therefore, the objective of the licentiate thesis is to investigate the effects of heat transfer on an automotive turbocharger radial turbine performance. Furthermore, the thesis also aims to quantify the heat transfer related losses in a turbocharger turbine. Both gas stand (continuous flow) and engine-like (pulsating flow) conditions are considered. By using Detached Eddy Simulation (DES), the flow field of the targeted turbocharger turbine is computed under adiabatic and non-adiabatic conditions. Energy balance and exergy concept are then applied to the simulations data to study the effects of heat loss on performance and to quantify the heat transfer related losses. The main findings of the licentiate thesis are 1) Pressure ratio drop in turbine is less sensitive to heat loss as compared with turbine power. Hence there is a risk of making wrong conclusions about the heat transfer effects on the turbine performance by just comparing the measured pressure ratio under adiabatic and non-adiabatic scenarios; 2) It is possible to quantify heat transfer related losses in a turbocharger turbine. This quantification allows understanding on how well the turbine system utilizes the available energy, and assisting identification of the system component that is sensitive to heat transfer; 3) Heat loss has insignificant effect on turbine power under the investigated engine-like pulsating flow condition; and 4) Even under unavoidable non-adiabatic conditions, much of the exergy discharged out to the environment and more effort could be done to recover the wasted exergy as useful turbine work in the current turbine system. The outcomes of the licentiate thesis naturally lead to the main focus of future work, i.e. exploring different exhaust valve strategies to minimize losses and to optimize flow exergy extraction as useful turbine work for better exhaust gas exergy utilization. / Under de senaste decennierna har allt strängare lagstiftning införts för att förbättra bränsleekonomin och minska avgasutsläppen från motorfordon världen över. En av de viktigaste och mest effektiva tekniker som införts av biltillverkarna för att kunna uppfylla lagkraven är turboladdartekniken. Eftersom stora temperaturgradienter existerar i en fordonsturboladdare, spelar värmeöverföring en framträdande roll. Emellertid är effekterna av värmeförluster på turboturbinprestanda oklar, dvs det finns ingen konsensus bland forskare om dess effekter. Syftet med denna licentiatavhandling är därför att undersöka effekterna av värmeöverföring på prestanda för radialturbinen i en fordonsturboladdare. Vidare syftar avhandlingen till att kvantifiera värmeöverföringsrelaterade förluster i en turboladdares turbin. Både fall med kontinuerligt gas flöde och motorliknande, pulserande flöde beaktas. Strömningsfältet i den utvalda turboladdarens turbin beräknas med en metod kallad Detached Eddy Simulation (DES) under adiabatiska och icke adiabatiska förhållanden. Energi- och exergibalanser för simuleringsresultaten analyseras sedan för att studera effekterna av värmeförluster på prestanda och kvantifiera värmeöverföringsrelaterade förluster. De viktigaste resultaten av licentiatuppsatsen är 1) Tryckförhållandet över turbinen är mindre känsligt för värmeförluster jämfört med turbineffekten. Därmed finns det en risk för att felaktiga slutsatser dras beträffande effekterna av värmeöverföring på turbinprestanda genom att enbart jämföra det uppmätta tryckförhållandet under adiabatiska och icke adiabatiska förhållanden; 2) Det är möjligt att kvantifiera värmeöverföringsrelaterade förluster i en turboladdares turbin. Denna kvantifiering ger förståelse för hur väl turbinsystemet utnyttjar den tillgängliga energin, och bistår med identifiering av systemkomponenter som är känsliga för värmeöverföring; 3) Värmeförluster har en obetydlig inverkan på turbineffekten för det undersökta motorliknande, pulserande flödesförhållandet; och 4) Under oundvikliga, icke-adiabatiska förhållanden, släpps även en stor del av exergin ut till omgivningen och det finns utrymme för förbättringar gällande exergiutnyttjandet i det aktuella turbinsystemet. Baserat på resultaten av licentiatavhandlingen kommer det fortsatta arbetet att fokusera på att utforska olika avgasventilstrategier för att minimera förluster och optimera omvandling av flödesexergi till användbart turbinarbete för bättre avgasexergiutnyttjande. / <p>QC 20161213</p> / KTH CCGEx HOTSIDE project
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-197916 |
| Date | January 2016 |
| Creators | Lim, Shyang Maw |
| Publisher | KTH, Mekanik, KTH, Competence Center for Gas Exchange (CCGEx), KTH, Linné Flow Center, FLOW, Competence Center for Gas Exchange (CCGEx), Linné FLOW Centre, Stockholm |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Licentiate thesis, monograph, info:eu-repo/semantics/masterThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-MEK, 0348-467X ; 2016:19 |
Page generated in 0.003 seconds