Theoretical and experimental analysis of turbocharger in tractor engines

Günümüzde otomotiv sektörü başta olmak üzere, enerji elde etmede içten yanmalı motorların kullanıldığı birçok alanda yüksek güç ve verimlilik en başta gelen talepler olarak karşımıza çıkmaktadır. Bunun yanısıra, çevre kirliliğinin azaltılması amacıyla egzoz emisyon değerlerinin düşürülmesini zorunlu kılan yasal düzenlemeler de giderek artmaktadır. Otomotiv sektöründe olduğu gibi tarımsal amaçlı olarak kullanılan traktörler için de durum aynıdır. Bahsedilen gereklilikleri karşılamak üzere içten yanmalı motorlarda kullanılan en etkin yöntem turboşarj uygulamasıdır. Bu çalışmada TÜMOSAN marka traktörlerde kullanılmak üzere imal edilmiş SFR1120-W model turboşarjın performans ölçümleri deneysel ve Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) analiz yöntemleriyle gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalar turboşarj üreticisi olan Saffer Turbocharger işletmesinde bulunan turboşarj performans test cihazında yapılmıştır. Testler sonucunda turboşarj kompresörüne ait performans haritası elde edilmiştir. Testler sonucunda elde edilen veriler kullanılarak HAD yöntemiyle turboşarjın akışkan analizleri yapılmış ve deneysel sonuçlarla mukayese edilmiştir. Deneysel ve sayısal sonuçların birbiriyle uyumlu olduğu görülmüştür. Çalışmanın son kısmında ise kompresörün tasarım değişkenlerinden olan kompressör hava giriş açısı, hava çıkış açısı ve splitter kanat uzunluğunun, kompressör performansına etkileri incelenmiştir. Bunun için her üç değişkene üçer farklı değer verilerek 27 farklı kompresör tasarımı elde edilmiştir. Yeni kompresör tasarımları için Star-CCM+ yazılımı ile HAD analizleri gerçekleştirilerek orjinal kompresörle kıyaslamalar yapılmıştır. Analizler sonucunda, yeni tasarlanan kompresörlerden biri 100,000 d/d hızda orijinal kompresöre göre % 2.18'lik bir basınç artışı sağladığı görülmüştür.

Today, in many industrial applications primarily in automotive industry, where the internal combustion engines are employed to produce energy, high power and efficiency demands are encountered increasingly. In addition, there are new regulations and rules purposing on emission reduction in order to decrease environmental pollution. The condition is not different in the tractor industry too. As an important solution technique, turbocharging has been the most effective technology in order to meet the demands for high power, efficiency and low emissions. In this study, the performance of the SFR1120-W turbocharger, manufactured for using in TUMOSAN tractors, has been investigated through experimental testing and computational fluid dynamics (CFD) analysis. Performance tests have been carried out at the turbocharger performance test rig in the Saffer Turbocharger company. The turbocharger compressor map was produced at the end of the tests. CFD simulations of the turbocharger have been performed by using the data produced in experiments, afterwards both test results and simulation results have been compared. It was concluded that CFD results showed good similarity to the experimental results. In the last section of the study, three design parameters of the compressor impeller, which were the leading edge angle, the trailing edge angle and the splitter blade length, were selected in order to examine the effects of these variable on the performance of the compressor. Through using selected parameters of the compressor, 27 new compressors have been designed and simulated in CFD software package Star-SSM+. The best case of the redesigned impellers had an 2,18 % increase in pressure boost at the rotational speed of 100,000 rpm.