Centrifugal compressor performance maps treatment for internal combustion engines operating cycle simulation

Abstract

Моделювання робочого циклу двигуна внутрішнього згоряння з наддувом неможливо без коректної оцінки параметрів роботи агрегату наддуву. Стандартним є підхід, при якому використовуються спеціально підготовлені карти характеристик компресора і турбіни турбокомпресора, отримані на основі експериментальних даних або даних, представлених виробниками. Інтерполяція, екстраполяція та обробка карт характеристик відцентрового компресора є досить непростим завданням, так як необхідно забезпечити коректне врахування роботи компресора в таких специфічних зонах його роботи, як поблизу границі запирання, зриву потоку і в режимах помпажа. При цьому необхідно забезпечити швидке і стабільне виконання розрахунку робочого циклу. Blitz-PRO - програмний сервіс для розрахунку робочого циклу двигунів внутрішнього згоряння, доступний онлайн - пропонує можливість підготовки і використання карт характеристик агрегатів наддуву. При цьому доступні три різні режими врахування роботи відцентрового компресора в умовах помпажа: 1) повномасштабний помпаж на основі методики, запропонованої F. K. Moore і E. M. Greitzer; 2) локальний помпаж з можливістю гнучкого налаштування; 3) режим «стабілізації», при якому явище помпажа компресора виключається шляхом екстраполяції витратної характеристики компресора від точки виникнення зриву в бік зменшення витрати повітря з використанням гіперболічного рівняння. Як приклад розглядається режим роботи двигуна MAN 8G70ME-E (точка 12140 кВт при 82 хв -1 за гвинтовою характеристикою) з порівнянням результатів розрахунків для трьох методів врахування роботи компресора в умовах помпажа. Режим «стабілізації» забезпечує найбільш швидкий і стабільних розрахунок, в той час як режим врахування повномасштабного помпажа може в ряді випадків характеризуватися чисельної (нефізичною) нестійкістю розрахунків, що пояснюється високою чутливістю двотактних малообертних двигунів до параметрів процесів газообміну. Використання режиму локального помпажа поволяет домогтися високої швидкості і стабільності розрахунків при одночасному врахуванні явища помпажа, що є досить розумним компромісом. Дослідник повинен раціонально використовувати всі три режими врахування помпажа відцентрового компресора в залежності від поставленого завдання, віддаючи перевагу режиму «стабілізації» при початковому налаштуванні математичної моделі і режиму локального помпажа для перевірки вірогідності виникнення помпажа. У той же час необхідні додаткові дослідження в області коректного моделювання роботи компресора в умовах помпажа.