در این مقاله، جریان یک بعدی و سه بعدی لزج و تراکم پذیر در توربین توربوشارژر یک موتور بنزینی 1.7 لیتری چهار سیلندر و شانزده سوپاپ شبیه سازی شده و مقایسه شده اند. برای صحه گذاری نتایج شبیه سازی و تایید مدلسازی، مجموعه موتور و توربوشارژر روی سکوی آزمایش قرار گرفته و پارامترهای عملکردی موتوردر 12 دور مختلف اندازه گیری شده است، ولی نتایج فقط برای سه دور مینیمم، متوسط و ماکزیمم ارائه شده اند. حلزونی و پره های توربین به طور کامل مدلسازی و برای پره های متحرک از روش مختصات دوار چندگانه استفاده شده است. بررسی پارامترهای عملکردی توربین تحت تاثیر جریان سه بعدی پایا نشان می دهد اثرات جریان نوسانی که ناشی از طبیعت رفت و آمدی پیستون است فوق العاده مهم بوده و قابل حذف نمی باشد. اگرچه شبیه سازی یک بعدی یک روش سریع و کم هزینه است، اما از آن جهت که اثرات سه بعدی بودن جریان در آن منظور نشده است و همچنین وابسته به منحنی مشخصه هایی است که توسط سازندگان توربوشارژر ارائه می شود و این منحنی ها با جریان پایا محاسبه شده اند دارای ضعف می باشد. برای دستیابی به پاسخ های دقیق تر، بررسی یک جریان سه بعدی ناپایا شبیه جریان خروجی از موتور اجتناب ناپذیر است.

ضخامت پره های توربین توربوشارژر به دلیل بلاکیج و افت های انتهایی پره محدود می شود و از طرفی به دلیل بارهای آیرودینامیکی در معرض آسیب است. طراحی مناسب پره نیازمند شناخت تمامی بارهای وارده بر پره است. بنابراین نیروی وارده از طرف سیال به پره باید محاسبه شود. اگرچه که ضخیم کردن پره منجر به مقاومت بیشتر در مقابل شکست و ترک می شود ولیکن این امر تاثیر زیادی بر راندمان و اغتشاشات جریان و بارگذاری آن می شود. بنابراین بهترین راه انتخاب ضخامت بهینه مطالعه ایرواستاتیکی و آیرودینامیکی پره در ضخامت های گوناگون برای نقاط مختلف آن است. این مقاله نتایج چگونگی و علت تغییرات راندمان به دلیل تغییر ضخامت لبه ورودی و خروجی، نوک و پایه پره، ضخامت ماکزیمم و محل آن و شکل لبه انتهایی را در یک توربین جریان مخلوط توربوشارژر با ورودی دو گانه شرح می دهد. وجود حلزونی دوگانه منجر به هم پوشانی کمتر پالس های شارژ ورودی به توربوشارژر و نهایتا استفاده بهینه از انرژی جنبشی گازهای خروجی از موتور می شود. در این نوع توربوشارژر علاوه بر اینکه جریان ورودی به هر 180درجه روتور متفاوت است، توزیع جریان هر گذرگاه نیز با دیگری متفاوت است بنابراین برای مطالعه جریان نیاز به مدل سازی کل توربین است. آنالیز بر همکنش سیال و جامد روی پره توربین توسط مدل سازی جریان با CFD و مدل سازی پره توسط FEA و سپس کوپلینگ نتایج در نرم افزار CFX ANSYS انجام شده است. صحه گذاری توربین مبنا براساس نتایج آزمایشگاهی توربوشارژر امتحان شده در دانشگاه امپریال کالج انجام گرفته است.

پره توربین توربوشارژرها به دلیل فشار بسیار بالای جریان ورودی و همچنین پالسی بودن این جریان در معرض آسیب و شکست قرار می-گیرند در توربوماشین های جدید که تمایل به نازک شدن در کنار افزایش بار به دلیل افزایش راندمان دارند، احتمال شکست بالاتر می رود. بنابراین انتخاب توزیع ضخامت بهینه روتور نیاز به مطالعه ایرواستاتیکی و ایرودینامیکی در شرایط مختلف عملکرد دارد. در این مطالعه به تحلیل برهمکنش سیال-سازه بر روی سطح مشترک پره و سیال با تلفیق کردن ابزارهای شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی و طراحی سازه ای توسط یک مدل کوپل شده یکپارچه بر اساس فرمول های المان محدود در نرم افزار انسیس بر روی پره توربین توربوشارژر با ورودی دوگانه به منظور شناخت نیروی وارده از طرف سیال به پره و رفتار سازه برای سه توربین مختلف که تنها در توزیع ضخامت پره روتور متفاوت می باشند در شرایط تغذیه پذیرش کامل و جزیی پرداخته شده است. صحه گذاری نتایج با داده های آزمایشگاهی حاصل از آزمایشگاه توربوشارژر دانشگاه امپریال کالج همخوانی خوبی را نشان می دهد. نتایج چگونگی و علت تغییرات راندمان به دلیل تغییر ضخامت بخش های گوناگون را شرح می دهد. پره های نازک انتخاب مناسبی برای این نوع توربوماشین می باشد ولی در پذیرش جزیی پره-های ضخیم عملکرد بهتری دارند.

در این تحقیق، جریان درون کمپرسور گریز از مرکز یک توربو شارژر با جزییات کامل جریان بین پره ها، دیفیوزر و محفظه حلزونی شبیه سازی عددی شده و عملکرد سیستم بدست آمده است. در شبیه سازی مناطق دوار از روش پایا-نیمه پایای دستگاه مختصات دوار چند چرخشی استفاده شده است. سازگاری مناسبی در مقایسه منحنی عملکردی ناشی از شبیه سازی عددی با نتایج آزمایشگاهی که توسط همین نویسندگان اندازه گیری شده، دیده می شود و این موضوع به توانایی روش های عددی استفاده شده در شبیه سازی جریانات پیچیده، همچون توربو ماشین ها، دلالت دارد. نتایج بر وجود جریانات ثانویه و برگشتی بین پره ها دلالت می کند. همچنین، شکل محفظه حلزونی و محل زبانه آن تاثیر زیادی بر مقدار افزایش فشار کمپرسور داشته و باعث اغتشاشاتی در جریان خروجی از پره ها می شود.

توربوشارژ سامانه ای کمکی است که با تزریق هوای بیشتر به محفظه احتراق، توان خروجی و بازده موتورهای درون سوز را افزایش می دهد. مطالعه رفتار دینامیکی و شناخت سرعت های بحرانی آن ها به دلیل استفاده گسترده در موتور خودرو، لوکوموتیو و صنایع هوافضا از اهمیت بالایی برخوردار است. در این پژوهش ابتدا یک مدل تحلیلی 16 درجه آزادی برای محاسبه فرکانس های طبیعی توربوشارژر ارایه شده و بر اساس آن، معادلات حاکم استخراج می شود. سپس نتایج حاصل از حل تحلیلی معادلات حاکم با استفاده از روش المان محدود صحه گذاری می شود. در ادامه سرعت های بحرانی اول تا چهارم سیستم در فواصل مختلف قرارگیری یاتاقان ها روی شفت محاسبه شده و نمودار کمپبل سیستم مورد بررسی قرار می گیرد. در نهایت پاسخ فرکانسی سیستم در اثر نابالانسی جرمی در موقعیت های مختلف قرارگیری یاتاقان ها بررسی می گردد. نتایج نشان می دهند که با افزایش فاصله بین یاتاقان ها، سرعت های بحرانی اول و دوم سیستم افزایش یافته و دامنه ارتعاشات سیستم در فرکانس تشدید اول کاهش می یابد.   

در این پژوهش، تاثیر تغییر تعداد پره های یک کمپرسور توربوشارژربه صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. در این راستا، هندسه ی پروانه و حلزونی کمپرسور توربوشارژر گرت T25با استفاده از اسکن سه بعدی تعیین و سپس در نرم افزار انسیسمدل گردیده است. پس از حل میدان جریان در کمپرسور با تعداد پیش فرض 6 پره، تعداد پره ها از مقدار اولیه ی 6 عدد به 5 عدد تغییر داده وسپس حل عددی برای تعداد 4 و 7 پره تکرار شده است. با کاهش تعداد پره ها سطح مقطع عبوری جریان افزایش یافته و در نتیجه کمپرسور دیرتر به شرایط شوک می رسد. بنابر این کمپرسور با تعداد پره کمتر قابلیت عبور جریان با دبی جرمی بیشتری را دارد. از طرفی با افزایش تعداد پره ها ضریب لغزش و قدرت انتقال یافته به سیال افزایش یافته، اما قدرت و نسبت فشار با بیشتر شدن تعداد پره ها از 6 عدد کاهش می یابد. در یک برآورد کلی نتایج مطالعه حاضر نشان می دهد که کمپرسور دارای 6 پره در دبی های جرمی کمتر که متناظر با نسبت فشارهای بالاتر می باشد، دارای بهترین عملکرد می باشد.

امروزه با توجه به افزایش وزن خودروها، افزودن توربوشارژرها به موتورهای احتراق داخلی باعث افزایش توان عملکردی و در عین حال، تولید صدای زیاد در بازه ی 27 دسی-بل تا 451 دسی-بل در هنگام کار کردن موتور در دور بالا و در زمان شتابگیری ابتدایی یا حین حرکت شده است. برای کاهش اثرات بد این صداها و افزایش آرامش سرنشینان خودرو، روش های مختلفی از جمله تحلیل های اجزاء محدود و تحلیل های عددی پره های کمپرسور برای بهینه سازی ضرایب افت فشار )نسبت توان ورودی توربین به خروجی کمپرسور( و استفاده از پدهای صداگیر و مواد آکوستیک به دور قطعات موتور، از جمله قطعه توربوشارژر و منیفولد هوا، به کار برده شده است. هدف اصلی این مقاله بیان کردن و طبقه بندی پژوهش های صورت گرفته در زمینه کاهش صداهای مزاحم، حاصله از کار کردن موتور و توربوشارژر خودرو، می باشد. همچنین ارائه راهکار مناسب برای رفع نویزهای مزاحم از دیگر اهداف مد نظر در این مقاله است.

تولید آب شیرین به روش اسمز معکوس، از گزینه های به صرفه در بسیاری از کشورها است. یکی از مشکلات این روش، کاهش مقدار آب تولیدی به دلیل تغییر شرایط فرآیندی و آب خام مصرفی است . در این مقاله، به روشی برای بازطراحی روتور توربوشارژر هیدرولیکی به عنوان اصلی ترین قطعه این تجهیز که نقش بازیافت کننده انرژی در واحدهای آب شیرین کن را دارد، پرداخته شده است. بدین منظور، ابتدا عملکرد یک واحد نمک زدایی در حال بهره برداری بررسی و سپس با استفاده از روابط تشابه در توربوماشین ها و دینامیک سیالات محاسباتی، دو روتور جدید برای توربوشارژر موجود طراحی و ساخته شدند تا برای دو حالتی که به دلیل تغییر شرایط، ممبران به فشار بالاتر یا پایین تر از طراحی اولیه نیاز دارد، جایگزین روتور موجود شوند. برای صحت سنجی، نتایج تست با پارامترهای طراحی مقایسه شده اند. نتایج نشان می دهد علی رغم اعمال تغییر در فشار ورودی ممبران، توربوشارژر با روتورهای جدید علاوه بر ثابت نگه داشتن درصد تولید آب، باعث شده است مقدار بازیافت انرژی ثابت بماند و راندمان کل نیز در حالت فشار بالا، از راندمان توربوشارژر اولیه بیش از 4درصد و بازیافت انرژی حدود 2درصد بیش تر شود که نشان می دهد از این روش می وان در شرایطی که تغییر فشار ممبران ها به صورت محسوسی از فشار طراحی اولیه بالاتر یا پایین تر است، استفاده کرد.

امروزه کاربرد توربوشارژرها در موتورهای احتراق داخلی با هدف افزایش قدرت موتور با حفظ اندازه موتور و نزدیک شدن به احتراق دماپایین برای کاهش آلاینده ها بسیار حایز اهمیت است. تمرکز این پژوهش روی مقیاس بندی کمپرسور گریزازمرکز یک توربوشارژر برای افزایش ظرفیت کمپرسور به مقدار 15 درصد دبی جرمی با حفظ نسبت فشار است؛ به طوریکه عملکرد کمپرسور به لحاظ دامنه عملکردی و راندمان کاهش نیابد و ابعاد کلی توربوشارژر، حفظ شده تا تغییر ایجاد شده، هزینه ساخت را بالا نبرد. برای رسیدن به این هدف راه حل های متفاوتی وجود دارد؛ اما تمرکز این پژوهش بر روی تغییرات هندسی موثر بدون تغییر محسوس در سرعت دورانی توربوشارژر به منظور حفظ عملکرد توربین محرک است. دو سناریو برای افزایش ظرفیت در این پژوهش بررسی شده که شامل کاهش شعاع ریشه و افزایش شعاع شرود به همراه تغییر موثر محل قرارگیری پره های جداکننده است. در سناریو اول با کاهش شعاع ریشه در ورود به مقدار 1. 8 میلیمتر و تنظیم منحنی ریشه با استفاده از طراحی یک بعدی و سه بعدی، تنها 2 درصد افزایش ظرفیت حاصل شد که کمتر از پیش بینی بود. اما در سناریو دوم با افزایش شعاع شرود به اندازه 1. 63 میلیمتر در ورود، تنظیم منحنی ریشه با استفاده از طراحی یک بعدی و سه بعدی، و تنظیم محل قرارگیری پره های جداکننده در 35 درصد طول نصف النهاری به طور میانگین 16. 5 درصد افزایش ظرفیت در دور طراحی صورت گرفت. پژوهش انجام شده یک روش تحلیلی-عددی قابل اطمینان برای مقیاس کردن کمپرسورهای گریز از مرکز ارایه میدهد که مطابق آن، بدون تغییر در ابعاد کلی کمپرسور (که در صورت تغییر مستلزم هزینه و تغییرات اساسی در ساختار پوسته کمپرسور می شود)، ظرفیت کمپرسور افزایش می یابد. روش ارایه شده برای تمامی کمپرسورهای گریز از مرکز در توربوشارژرها و یا درکاربردهای دیگر قابل تعمیم است.