14252

14252

مدل سازي و انتخاب بهينه توربوشارژر موتور ديزل

دكتري

تبديل انرژي

اسفند ماه 1393

اسفند ماه 1393

دكتر سپهر صنايع

مكانيك

چكيده در تحقيق حاضر، روشي جديد براي يافتن توربوشارژر بهينه (يك¬مرحله¬اي و دومرحله¬اي سري و دومرحله-اي موازي-ترتيبي)، شامل كمپرسور گريز از مركز، توربين شعاعي و مبدل حرارتي، براي موتور ديزل، ارائه شده است. انتخاب بهينه توربوشارژر يك¬مرحله¬اي، با استفاده از مدل‌سازي به كمك تحليل‌هاي مربوط به ترموديناميك و توربوماشين و بهينه‌سازي به كمك الگوريتم ژنتيك به همراه اعمال ضرايب وزني مناسب با توجه به نوع كاربري موتور، صورت گرفته است. در اين حالت، متغيرهاي طراحي شامل پارامترهاي هندسي و آئروديناميكي كمپرسور و توربين است. همچنين مجموع تلفات كمپرسور و توربين به عنوان تابع هدف (حداقل¬سازي) در نظر گرفته شده است. انتخاب بهينه توربوشارژرهاي دومرحله¬اي سري و يا دومرحله¬اي موازي-ترتيبي، در دو مرحله صورت مي¬گيرد. در مرحله اول، انتخاب اوليه توربوشارژرهاي فشارزياد و فشاركم (توربوشارژرهاي اول و دوم) به‌طور مجزا و مشابه حالت قبل انجام شده است. سپس در مرحله دوم، به كمك نرم¬افزار GT-Power و با اضافه نمودن شيرهاي كنترلي به تصحيح انتخاب اوليه پرداخته شده است. در اين مرحله متغيرهاي طراحي شامل ضرايب نرخ جرمي كمپرسورها و توربين¬ها، درصد نرخ جرمي جريان عبوري از شيرهاي كنترلي (درصد بازشدگي شيرهاي كنترلي) و ميزان پاشش سوخت است. همچنين مصرف سوخت ويژه ترمزي موتور به عنوان تابع هدف (حداقل¬سازي) در نظر گرفته شده است. شايان ذكر است كه در هر دو حالت فوق (انتخاب بهينه توربوشارژر يك¬مرحله¬اي و يا دومرحله¬اي سري و دومرحله¬اي موازي-ترتيبي)، فاصله نقاط عملكردي موتور توربوشارژ شده از خطوط سرج و چوك در نقشه كمپرسور (قرارگيري در حاشيه امنيت كافي از خطوط سرج و چوك)، حداكثر فشار گاز درون سيلندر، حداكثر دماي گاز در خروجي سيلندر و نسبت قطر پروانه كمپرسور به پروانه توربين به عنوان قيد در نظر گرفته شده¬اند. روش فوق در انتخاب بهينه¬ توربوشارژر، براي موتور ديزل مشخص (OM457LA) به¬كار گرفته شده است. نتايج حاصل نشان مي¬دهد كه مجهز نمودن موتور مورد نظر به توربوشارژر دومرحله¬اي سري به همراه دو ميان خنك¬كن و توربوشارژر دومرحله¬اي موازي-ترتيبي به همراه يك ميان خنك¬كن به‌طور متوسط و به ترتيب سبب افزايش قدرت خروجي موتور به ميزان 2/9 درصد و 1/5 درصد و كاهش مصرف سوخت ويژه ترمزي موتور به ميزان 4/2 درصد و 5/0 درصد نسبت به موتور توربوشارژر شده يك¬مرحله¬اي با يك ميان خنك¬كن شده است. همچنين، استفاده از توربوشارژر دومرحله¬اي سري به همراه يك ميان خنك¬كن (حذف ميان خنك¬كن بين كمپرسورهاي فشارزياد و فشاركم) باعث كاهش متوسط 8/1 درصدي قدرت و گشتاور خروجي و افزايش متوسط 1/1 درصدي مصرف سوخت ويژه ترمزي در مقايسه با حالت توربوشارژر دومرحله¬اي سري به همراه دو ميان خنك¬كن مي¬گردد. بر اساس نتايج به¬دست آمده، قدرت و گشتاور خروجي موتور مجهز به توربوشارژر دومرحله¬اي سري به همراه دو ميان خنك¬كن به‌طور متوسط 2/4 درصد بيشتر و مصرف سوخت ويژه ترمزي آن به‌طور متوسط 9/1 درصد كمتر از موتور مجهز به توربوشارژر دومرحله¬اي موازي-ترتيبي به همراه يك ميان خنك¬كن است. همچنين، قدرت و گشتاور خروجي موتور مجهز به توربوشارژر دومرحله¬اي سري به همراه يك ميان خنك¬كن به‌طور متوسط 1/2 درصد بيشتر و مصرف سوخت ويژه ترمزي آن به‌طور متوسط 8/0 درصد كمتر از موتور مجهز به توربوشارژر دومرحله¬اي موازي-ترتيبي به همراه يك ميان خنك¬كن است. روش جديد پيشنهاد شده، از روش سعي و خطا سريع‌تر و كم‌هزينه‌تر است (به‌خصوص در حالت انتخاب بهينه توربوشارژرهاي دومرحله¬اي) و مي‌توان از آن براي انتخاب و حتي طراحي اوليه توربوشارژرهاي موتورهاي ديزل در شرايط كاري مختلف (سطح دريا و يا ارتفاعات) بهره برد. واژه‌هاي كليدي: انطباق توربوشارژر و موتور، كمپرسور و توربين، بهينه‌سازي، الگوريتم ژنتيك