Development of an effective section model for extrapolating performance maps of twin turbines

Abstract

[ES] El uso de turbomáquinas radiales para sobrealimentar motores permite reducir fuertemente su consumo y emisiones contaminantes. En el caso de los motores por encendido provocado, es muy común aprovechar la energía residual de los gases de escape mediante turbinas twin, que desacoplan los pulsos generados entre distintos cilindros del motor. Los modelos de cálculo utilizados para calcular turbinas twin hacen uso de información en forma de mapas de curvas características. Éstos contienen información en un rango muy limitado, por lo que se vuelve necesario extrapolarlos para poder calcular cualquier condición de funcionamiento del motor. En este trabajo se desarrollará un modelo rápido de estimación del área efectiva de turbinas twin en función de su punto de operación. El modelo, que será desarrollado a partir de primeros principios y de resultados experimentales y de simulaciones tridimensionales y debe presentar un alto grado de fidelidad frente al comportamiento real.

[EN] The use of radial turbomachinery for boosting internal combustion engines allows for reducing their fuel consumption and pollutant emissions. In the particular case of spark ignited engines it is now very common to use twin entry turbines so that the pressure pulse generated in the cylinders are separated in the two entries. Models available to predict twin entry turbines are based on the use of steady performances maps at different mass flow ratios in entries. However these maps contain information only in a limited mass flow range. Therefore extrapolation methods have to be employed to extend the performance maps to any operating conditions that could appear during engine simulation. In this project a fast estimation of the turbine effective areas is to be developped. The model will be obtained from first principles and from results coming from experimental tests and from 3D CFD modelling and has to produce high fidelity from actual turbine behaviour.

[CA] L’ús de turbomàquines radials per a sobrealimentar motors permet reduir el seu consum i emissions contaminants. En el cas dels motors per encès provocat, es molt comú aprofitar l’energia residual dels gasos d’escapament mitjançant turbines twin, que desacoblen els polsos generats entre distints cilindres del motor. Els models de càlcul utilitzats per a calcular turbines twin fan ús d’informació en forma de mapes de corbes característiques. Aquests contenen informació en un rang molt limitat, per el que es torna necessari extrapolar-los per a poder calcular qualsevol condició de funcionament del motor. Este treball presenta el desenvolupament d’un model ràpid d’estimació de l’àrea efectiva de turbines twin en funció del seu punt d’operació. Per un millor enteniment del fenòmens que ocorren dins d’aquestes turbines, s’han dut a terme simulacions 3D CFD.