Characterization of Twin-entry turbine performance using steady state CFD simulations

Since the day the internal combustion engine was born, engineers have been looking for a way to further increase the available power of an engine with turbocharging being the most succesful technique. Nowadays turbochargers are widely considered a standard device in a car engine, useful not only to increase the power output of an engine, but also to reduce the engine size, to reduce the fuel consumption and the emission of pollutants. The present thesis focuses on a particular kind of turbochargers, twin-entry turbochargers, which are characterized by having a double inlet channel instead of one. The aim of this thesis is to create a reliable 3D fluid-dynamic model of a twin-entry turbine by means of the CFD software OpenFOAM. After an initial try of creating the grid with the snappyHexMesh utility, it was preferred to adopt a di erent technique by dividing the domain in three parts and meshing them separately. This approach allowed to reach an higher quality of the final mesh, especially in the near wall region, with a lower cell count. Steady-state RANS simulation were performed, with the adoption of the MRF technique to simulate the rotating motion of the turbine. The final results were then validated by comparing them to the operative map that the turbocharger manufacturer had given to us.

Dal giorno in cui è nato il motore a combustione interna, gli ingegneri hanno cercato un modo per aumentare ulteriormente la potenza disponibile di un motore con turbocompressore tecnica di maggior successo. Al giorno d'oggi i turbocompressori sono ampiamente considerati un dispositivo standard nel motore di un'auto, utile non solo per aumentare la potenza di un motore, ma anche per ridurre la cilindrata, per ridurre il consumo di carburante e l'emissione di inquinanti. La presente tesi si concentra su un particolare tipo di turbocompressori, turbocompressori a doppia entrata, che sono caratterizzati dall'avere un doppio canale di ingresso invece di uno. Lo scopo di questa tesi è creare un modello 3D fluido-dinamico affidabile di una turbina a doppia entrata tramite il software CFD OpenFOAM. Dopo un primo tentativo di creare la griglia con snappyHexMesh, si è preferito adottare una tecnica diversa dividendo il dominio in tre parti e unendole separatamente. Questo approccio ha permesso di raggiungere una maggiore qualità della mesh finale, specialmente nella regione della parete vicina, con un numero di cellule inferiore. Sono state eseguite simulazioni RANS allo stato stazionario, con l'adozione della tecnica MRF per simulare il moto di rotazione della turbina. I risultati finali sono stati poi validati da confrontandoli con la mappa operativa che ci aveva fornito il costruttore di turbocompressori.