Performance prediction of a mixed flow turbine

Prédiction des performances d'une turbine semi-axiale.

Laboratoire de Mécanique Appliquée, Faculté de Génie Mécanique, Université des Sciences et de la Technologie d'Oran, BP 1505, Oran El M'Naouer, 31000 Oran, Algeria

Corresponding author: miloud_abidat04@yahoo.fr

Received: 4 September 2006
Accepted: 17 October 2007

Abstract

Turbochargers are widely used in Diesel engines as a means of increasing the output power. Most of them are fitted with radial or mixed flow turbines. In applications where high boost pressure is required, radial turbines are replaced with mixed flow turbines with positive rotor inlet blade angle so that they can achieve a maximum efficiency at a lower value of blade speed to isentropic expansion velocity ratio than the usual 0.7 (for radial turbines). This study, performed with the ICEM and CFX softwares of ANSYS, presents a numerical performance prediction of a mixed flow turbine for a wide range of rotational speeds and pressure ratios. The influence of the clearance between the rotor tip blades and the casing on the turbine performances is also investigated. A simulation of the turbine under pulsed inlet flow conditions is also presented.

Résumé

Les turbocompresseurs de suralimentation sont largement utilisés dans les moteurs Diesel pour augmenter la puissance. La plupart sont équipés de turbines radiales ou semi-axiales. Dans les applications où une bouffée à haute pression est exigée, les turbines radiales sont remplacées par les turbines semi-axiales. Ces dernières se caractérisent par un angle d'aube positif à l'entrée du rotor afin d'obtenir un rendement maximal pour un rapport de vitesses (rapport de la vitesse périphérique du rotor à la vitesse d'expansion isentropique) inférieur à la valeur habituelle 0,7 pour les turbines radiales. Cette étude, réalisée à l'aide des logiciels ICEM et CFX d'ANSYS, présente une prédiction numérique des performances d'une turbine semi-axiale pour une grande gamme de vitesses de rotation et de taux de détente. L'influence du jeu entre les aubes du rotor et le carter sur les performances de la turbine est aussi étudiée. Une simulation de la turbine sous des conditions d'un écoulement pulsé à l'entrée est aussi présentée.