Das Betriebsverhalten von Abgasturboladern unter Berücksichtigung des Wärmetransports

Das Betriebsverhalten von Abgasturboladern (ATL) wird von den Effekten Aerodynamik, Lagerreibung und Wärmetransport beeinflusst. Die Quantifizierung von Wandwärmeströmen in ATL, die wegen der hohen Strömungsgeschwindigkeiten und Temperaturunterschiede zwischen kompakt angeordneter Turbine und Verdichter signifikant sind, ist problematisch. Dadurch lassen sich die Effekte in standardisierten Messverfahren nur schwer getrennt voneinander feststellen. Die Vermischung dieser Einflüsse in Kennfeldmessungen kann für die Wirkungsgradbilanzierung der fluidmechanisch umgesetzten Energie zu hohen Abweichungen führen. In dieser Arbeit wird das Betriebsverhalten von ATL mit Fokus auf die Wärmeübergänge der Strömungen analysiert. Ein Ziel ist die Aufklärung der komplexen Wärmetransportvorgänge im Gesamtsystem des ATL. Zu diesem Zweck werden detaillierte, 3D Wärmetransportmodelle für zwei ATL erstellt mit denen sich die lokalen Wärmeströme, die in den Fluiden während der Kennfeldmessung auftreten, prädiktiv simulieren lassen. Weiterführend werden die Erkenntnisse aus der 3D Wärmetransportsimulation zur ATL-Modellierung des Betriebsverhaltens für Motorprozessmodelle genutzt. In der frühen Entwicklungsphase abgasturboaufgeladener Motoren sind Motorprozessmodelle eine wichtige Maßnahme den geeignetsten ATL auszuwählen. Die Berücksichtigung des ATL Wärmetransportverhaltens um die hohen Prognoseanforderungen dieser Modelle weiter zu verbessern, ist ebenso eine Motivation für diese Arbeit. Hierzu werden thermische Netzwerkmodelle für die untersuchten ATL erstellt, die mit Hilfe der 3D Simulation bedatet werden. Durch die Integration der Netzwerkmodelle in das Motorprozessmodell wird z. B. der Einfluss des Abgaswärmeverlustes in der Turbine auf das Leistungsverhalten des Motors analysiert.