CFD application to turbochargers of internal combustion engines

Downsizing the internal combustion engines has recently been a major topic of study. Among different techniques and technologies introduced through the time, using turbochargers is considered quite a demanding strategy. However, various consideration about the application of turbocharger and matching of the system have to be investigated. Nowadays, numerical modeling of turbochargers is a popular tool to provide a precise and useful study criteria to investigate the performance and dynamic phenomena inside a system of engine/turbocharger. Through this research various characteristics and aspects of turbocharger has been studied numerically. Needless to say that the current project is an introduction to various applications of CFD in turbocharger study. The first part of the project is about the study of turbocharger compressors in steady-state operational condition. A pressure-based CFD solver in OpenFOAM platform has been progressed and used. In the second part of the research, fouling phenomena and deposition mechanism has been studied. A predictive CFD model has been proposed and evaluated. Finally, in the third part of the research, a 1D-3D coupling solver has been modified and used to study the interference between engine and turbocharger as well as collateral effects which could be a possible topic for future work.

Il downsizing dei motori a combustione interna e' un argomento di grande ed attuale rilevanza e l'utilizzo di turbocompressori rappresenta un'interessante strategia per la sua realizzazione. Un'attenta analisi dell'applicazione e dell'accoppiamento di un turbocompressore e' pero' necessaria per ottenere un funzionamento ottimale. La modellazione numerica di turbocompressori e' attualmente uno strumento potente ed affidabile per valutare le prestazioni e i fenomeni dinamici presenti nel sistema motore/turbocompressore e generare efficaci criteri di analisi. Questo lavoro prende in considerazione diversi aspetti del sistema, definendo un'introduzione all'applicazione della CFD allo studio della turbocompressione. La prima parte del progetto concerne lo studio di turbocompressori nel loro funzionamento stazionario attraverso l'adattamento di un solutore pressure-based basato sulla piattaforma CFD OpenFOAM. La seconda parte del lavoro prende in considerazione il fenomeno del fouling. Un modello di previsione della deposizione solida sulle pale del compressore e' proposto e analizzato. Infine un solutore CFD accoppiato 1D-3D e' stato modificato ed utilizzato per studiare l'interferenza tra motore e compressore e gli effetti collaterali, definendo la base per un prossimo lavoro.