ISBN 978-3-86853-947-9

978-3-86853-947-9, Reihe Strömungsmechanik

Florian Frese
Aerodynamische und strukturmechanische Bewertung des Flutenteilers an Radialturbinen von Turboladern

139 Seiten, Dissertation Universität Hannover (2011), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Das Turbinengehäuse und vor allem der Flutenteiler sind im motorischen Einsatz hohen thermischen Belastungen ausgesetzt, so dass es zu Rissbildungen kommen kann, die im Extremfall zum Turboladerausfall führen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden aus-gehend von einem Twin-Scroll-Turbinengehäuse zwei thermodynamisch vergleichbare Turbinengehäuse mit gleichen Halsquerschnitten entwickelt, von denen das eine einen verkürzten Flutenteiler, bis zur Zunge (Mixed-Scroll), und das andere keinen Flutenteiler (Single-Scroll) besitzt.

Zur Ermittlung des Systemverhaltens der drei Turbinengehäuse werden diese experimentell auf einem Heißgasprüfstand und einem Motorenprüfstand untersucht. Die Messergebnisse dienen dabei zum einen als Randbedingungen für eine 3D-CFD-Analyse, um die Aerodynamik zu bewerten, und zum anderen als Eingangsgrößen für eine Motorprozesssimulation, zur Beurteilung der Interaktion zwischen Motor und Aufladeaggregat. Die CFD-Ergebnisse zeigen, dass mit einer Reduzierung des Flutenteilers der Wirkungsgrad der Turbinen steigt, wobei das Single-Scroll-Gehäuse die besten Wirkungsgrade aufweist.

Aufgrund der besseren Turbinenwirkungsgrade ist die Ausnutzung der Abgasenergie bei dem Mixed-Scroll- und bei dem Single-Scroll-Turbinengehäuse besser als bei dem Twin-Scroll-Gehäuse, wobei der Ladungswechsel durch die komplette Flutentrennung beim Twin-Scroll-Gehäuse nur geringfügig weniger Verluste aufweist.

Eine anschließende thermomechanische Strukturanalyse über ein Thermoschockprofil gibt einen Überblick über das Rissverhalten der Gehäuse, bei der das Twin-Scroll-Gehäuse die größte Schädigung im Bereich des Flutenteilers und der Zunge aufweist.