Dynamics of heat transfer in turbochargers

Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit der strömungstechnischen und thermischen Analyse von Gesamtbaugruppen und der Ableitung einer Arbeitsvorschrift für numerische Methoden. Der Versuchsträger ist der Turbolader S410 Euro4 des Automobilzulieferers BorgWarner Turbo Systems. Stand der Technik ist die getrennte Berechnung von Strömung und Festkörper in mehreren Simulationsumgebungen, welche auch interaktiv gekoppelt werden können. Im Gegensatz zu diesen Ansätzen werden die beiden Strömungsgebiete sowie die aller berücksichtigten Festkörper mit den Methoden der numerischen Strömungssimulation in der CFD Software AVL FIRE durchgeführt. Das konforme Berechnungsgitter, welches sich über mehere Domänen des Gesamtmodells erstreckt, wird durch ein unstrukturiertes Polyedernetz diskretisiert, mit Ausnahme der Strömungsgebiete der beiden Laufräder, die durch blockstrukturierte Netze abgebildet wurden. Die Rotation der Laufräder wurde dabei durch den Ansatz eines Moving Reference Frame modelliert. Alle Berechungsgebiete wurden als eigenständige Simulationen aufgesetzt, die in weiterer Folge durch das ACCI Modul von FIRE gekoppelt wurden. Der zu simulierende Lastpunkt wurde auf Basis von vermessenen Turbolader Kennfeldern im Betriebspunkt mit der höchsten Effizienz gewählt. Die präsentierte Simulationsmethode liefert belastbare Ergebnisse im Vergleich zu Prüfstandsmessungen und liefert zusätzlich zur Messung erweiterte Einblicke in die Wärmeübertragung und das Zusammenspiel von Gasströmung und Festkörper. Desweiteren bietet das Polyedernetz Vorteile hinsichtlich des Konvergenzverhaltens und in der Bewertung der Wärmeübertragung. Die erhaltenen Ergebnisse zeigen auch weiteres Forschungspotential im Hinblick auf transiente Turbolader Simulationen sowie die Berücksichtigung des Ölkreislaufes zur Validierung der Wärmeübertragung ins Motoröl. Abschließend kann festgehalten werden, dass die dargestellte Simulationmethodik großes Potential für die multidisziplinäre Auslegung von Baugruppen darstellt und immer mehr an Bedeutung gewinnen wird.