Direct efficiency evaluation of an automotive radial turbine

The aim is to develop new methodologies to evaluate turbomachines performances. In particular, focus has been placed on the flow dis-homogeneity downstream of a typical automotive turbine, that leads to a wrong measurement of the iso-entropic efficiency. The reference experimental work comes from ICEG (Internal Combustion Engines Group) based at Scuola Politecnica dell’Universit`a di Genova. After having performed all the needed measures in the standard usual configuration the results showed that, with a more sophisticated sampling, efficiency could grow up to 5% with respect to reference values. The subsequent campaign was devoted to the evaluation of different flow-conditioner, with the aim of reducing the dis-uniformities and at the same time not introducing too much pressure losses. This permitted to correctly map the machine just with a few local sampling, without the need of huge measurement campaigns. Our aim is to develop a numerical model able to predict accurately the flow-physic inside such a configuration. Once the correspondence between experimental and numerical models will be achieved, it will be possible to efficiently analyze the flow dynamic inside this components with the aim to provide an optimized design. Moreover thanks to CFD we will be able to base the efficiency computation on an actual adiabatic transformation, hence avoiding the effect of thermal losses that, usually, represent one of the biggest source of uncertainty.

L'obiettivo è sviluppare nuove metodologie per valutare le prestazioni delle turbomacchine. In in particolare, è stata posta attenzione sulla disomogeneità del flusso a valle di una tipica turbina automobilistica, che porta a una misurazione errata dell'efficienza iso-entropica. Il lavoro sperimentale di riferimento viene dall'ICEG (Internal Combustion Engines Group) con sede presso la Scuola Politecnica dell'Università di Genova. Dopo aver eseguito tutte le misure necessarie nella configurazione standard, i risultati hanno dimostrato che con un campionamento più sofisticato, l'efficienza potrebbe crescere fino al 5% rispetto ai valori di riferimento. La successiva campagna è stata dedicata alla valutazione di diversi condizionatori di flusso, con l'obiettivo di ridurre le disuniformità e allo stesso tempo non introdurre poche perdite di pressione. Ciò ha permesso di mappare correttamente la macchina solo con alcuni campionamenti locali, senza la necessità di enormi campagne di misurazione. Il nostro obiettivo è quello di sviluppare un modello numerico in grado di prevedere con precisione il flusso-fisica all'interno di tale configurazione. Una volta trovata la corrispondenza tra modelli sperimentali e numerici, sarà possibile analizzare in modo efficiente la dinamica del flusso al suo interno componenti allo scopo di fornire un design ottimizzato. Inoltre grazie all'approcio CFD saremo in grado di basare il calcolo dell'efficienza su una trasformazione adiabatica, evitando quindi l'effetto di perdite termiche che, di solito, rappresentano una delle maggiori fonti di incertezza.