Étude de l'écoulement à travers une soupape de décharge de turbocompresseur

Study of flow through a turbocharger wastegate

Laboratoire des Systèmes Électro-Mécaniques (LASEM), Département de Génie Mécanique, École Nationale d'Ingénieurs de Sfax (ENIS), Route de Soukra, BP W, 3038 Sfax, Tunisie

Auteur de correspondance : Mohamed.Mseddi@fss.rnu.tn

Reçu : 10 Novembre 2003
Accepté : 10 Novembre 2004

Résumé

Une étude de l'écoulement dans une soupape de décharge de turbocompresseur de suralimentation, est présentée dans ce travail. Une modélisation numérique tridimensionnelle de l'écoulement turbulent à travers la soupape a été entreprise en s'appuyant sur la résolution des équations de Navier-Stokes et d'énergie couplées à un modèle de turbulence de type k−ε. Cette modélisation a permis de fournir une connaissance fine des structures de l'écoulement à travers la soupape, et de prédire ses courbes caractéristiques de fonctionnement. À partir des résultats locaux de l'écoulement, le coefficient de débit de la soupape a été déterminé en fonction de sa levée. De même, à partir des données géométriques de la soupape, une modélisation analytique a été établie, en vue de donner le débit en fonction du taux de détente. Pour valider aussi bien le calcul par voie de simulation numérique que celui fourni par l'approche analytique proposée, nous avons utilisé un banc d'essai équipé d'un turbocompresseur à soupape de décharge pour automobile. La comparaison des courbes caractéristiques de fonctionnement obtenues à partir de notre travail avec celles des travaux expérimentaux antérieurs, a montré une bonne concordance.

Abstract

A study of flow through a turbocharger wastegate for automotive engines is presented. A three-dimensional analysis of the aerodynamic and thermal characteristics of the turbulent flow over the wastegate is developed using Navier-Stokes and energy equations in conjunction with the standard k−ε turbulence model. The numerical model permits prediction of the flow and turbulence characteristics, the working curves and the discharge coefficient of the wastegate. An analytic model resulting in equation giving the mass rate of the wastegate is also presented by using its geometry characteristics. Finally, the numerical and analytic results are compared to our experimental results and those obtained by other authors. The comparison proved a good agreement.