Численная реализация комплексного метода расчета на примере проточной части турбины турбокомпрессора ТКР-11

Abstract

Актуальность работы обусловлена необходимостью совершенствовать проточную часть турбины турбокомпрессора комбинированного двигателя внутреннего сгорания. Цель работы: объединить все положительные стороны существующих математических моделей и методов расчета и проектирования; проектировать комплексно радиально-осевую турбину, работающую в условиях нестационарного потока импульсной системы наддува комбинированного двигателя внутреннего сгорания. Методы исследования: метод расчета турбины на среднем радиусе, оптимизационный алгоритм метода неопределенных множителей Лагранжа, метод Н. Мидзумати, метод характеристик, метод Центрального научно-исследовательского дизельного института. Результаты. Представлена численная реализация комплексного метода расчета на примере проточной части радиально-осевой турбины турбокомпрессора ТКР-11, работающего в составе комбинированного двигателя. Приведено сравнение турбин, спроектированных с помощью метода неопределенных множителей Лагранжа, с турбинами, спроектированными с помощью метода Н. Мидзумати. Представлены характеристики турбин в стационарном потоке. На основе этих характеристик показано, что турбины, в основу проектирования которых положен метод Н. Мидзумати, несколько эффективнее турбин, спроектированных с помощью метода множителей Лагранжа, но уступают последним по эффективной мощности. Приведены характеристики турбин в нестационарном потоке комбинированного двигателя. На основе этих характеристик показано, что турбины, спроектированные с помощью метода Н. Мидзумати, эффективнее турбин, спроектированных с помощью метода множителей Лагранжа. При работе в составе комбинированного двигателя турбины, спроектированные с помощью метода Н. Мидзумати, уступают по эффективной мощности турбинам, спроектированным с помощью метода неопределенных множителей Лагранжа. В результате численной реализации комплексного метода расчета получен геометрический аналог проточной части турбины турбокомпрессора ТКР-11, который при работе в составе комбинированного двигателя позволит эффективно использовать нестационарный поток со стороны поршневой части и тем самым снизить удельный расход топлива.

The relevance of the research is caused by the necessity to improve a turbine flowing part in turbocharger of the combined internal combustion engine. The main aim of the research is to unite all positive parties of existing mathematical models and methods of calculation and design; to design a complex radially-axial turbine working in conditions of a non-stationary stream of pulse system of pressurization of the combined internal combustion engine. Methods of research: a method of calculation of the turbine on average radius, optimization algorithm of Lagrange uncertain multipliers method, N. Midzumati method, a method of characteristics, a method of the Central research diesel institute. Results. The paper introduces numerical implementation of a complex calculation method on an example of a flowing part of the radially-axial turbine in TKR-11 turbocharger working in structure of the combined engine. The authors compare the turbines, designed by Lagrange uncertain multipliers, with the turbines, designed by the method of N. Midzumati. The paper introduces the characteristics of the turbines in a stationary stream. Based on these characteristics it is shown that the turbines which design was based on N. Midzumati method are a little bit more effective than the turbines designed by the Lagrange multipliers method, but they are behind the latter in the effective power. The paper introduces the characteristics of the turbines in a non-stationary stream of the combined engine. Based on these characteristics it is shown, that the turbines, designed by the method of N. Midzumati, are more effective than the turbines, designed by the Lagrange multipliers method. When operating in the structure of the combined engine, the turbines, designed by the method of N. Midzumati, are behind the turbines, designed by the Lagrange uncertain multipliers method, in the effective power. As a result of numerical implementation of the complex calculation method the authors obtained the geometrical analogue of the turbine flowing part in ТKR-11 turbocharger. When operating in the structure of the complex engine it allows to use effectively non-stationary stream from a piston part and decreasing the specific charge of fuel.