آقای شهرام صدقی دانشجوی دکترای جناب آقای دکتر صنایع، روز سه شنبه 12/12/93 از رساله دکترای خود تحت عنوان "مدلسازی و انتخاب بهینه توربوشارژر موتور دیزل" دفاع خواهد کرد. این جلسه ساعت 17 روز سه شنبه در آمفی تاتر دانشکده مهندسی مکانیک برگزار می گردد.

 چکیده:

  در تحقیق حاضر، روشی جدید برای یافتن توربوشارژر بهینه (یک­مرحله­ای و دومرحله­ای سری و دومرحله­ای موازی-ترتیبی)، شامل کمپرسور گریز از مرکز، توربین شعاعی و مبدل حرارتی، برای موتور دیزل، ارائه شده است. انتخاب بهینه توربوشارژر یک­مرحله­ای، با استفاده از مدل‌سازی به کمک تحلیل‌های مربوط به ترمودینامیک و توربوماشین و بهینه‌سازی به کمک الگوریتم ژنتیک به همراه اعمال ضرایب وزنی مناسب با توجه به نوع کاربری موتور، صورت گرفته است. در این حالت، متغیرهای طراحی شامل پارامترهای هندسی و آئرودینامیکی کمپرسور و توربین است. همچنین مجموع تلفات کمپرسور و توربین به عنوان تابع هدف (حداقل­سازی) در نظر گرفته شده است. انتخاب بهینه توربوشارژرهای دومرحله­ای سری و یا دومرحله­ای موازی-ترتیبی، در دو مرحله صورت می­گیرد. در مرحله اول، انتخاب اولیه توربوشارژرهای فشارزیاد و فشارکم (توربوشارژرهای اول و دوم) به‌طور مجزا و مشابه حالت قبل انجام شده است. سپس در مرحله دوم، به کمک نرم­افزار GT-Power و با اضافه نمودن شیرهای کنترلی به تصحیح انتخاب اولیه پرداخته شده است. در این مرحله متغیرهای طراحی شامل ضرایب نرخ جرمی کمپرسورها و توربین­ها، درصد نرخ جرمی جریان عبوری از شیرهای کنترلی (درصد بازشدگی شیرهای کنترلی) و میزان پاشش سوخت است. همچنین مصرف سوخت ویژه ترمزی موتور به عنوان تابع هدف (حداقل سازی) در نظر گرفته شده است. شایان ذکر است که در هر دو حالت فوق (انتخاب بهینه توربوشارژر یک­مرحله­ای و یا دومرحله­ای سری و دومرحله­ای موازی-ترتیبی)، فاصله نقاط عملکردی موتور توربوشارژ شده از خطوط سرج و چوک در نقشه کمپرسور (قرارگیری در حاشیه امنیت کافی از خطوط سرج و چوک)، حداکثر فشار گاز درون سیلندر، حداکثر دمای گاز در خروجی سیلندر و نسبت قطر ایمپلر کمپرسور به ایمپلر توربین به عنوان قید در نظر گرفته شده­اند.

  روش فوق در انتخاب بهینه­ توربوشارژر، برای موتور دیزل مشخص ( OM457LA ) به­کار گرفته شده است. نتایج حاصل نشان می­دهد که مجهز نمودن موتور مورد نظر به توربوشارژر دومرحله­ای سری به همراه دو میان خنک­کن و توربوشارژر دومرحله­ای موازی-ترتیبی به همراه یک میان خنک­کن به‌طور متوسط و به ترتیب سبب افزایش قدرت خروجی موتور به میزان 2/9 درصد و 1/5 درصد و کاهش مصرف سوخت ویژه ترمزی موتور به میزان 4/2 درصد و 5/0 درصد نسبت به موتور توربوشارژر شده یک ­ مرحله­ای با یک میان خنک­کن شده است. همچنین، استفاده از توربوشارژر دومرحله­ای سری به همراه یک میان خنک­کن (حذف میان خنک­کن بین کمپرسورهای فشارزیاد و فشارکم) باعث کاهش متوسط 8/1 درصدی قدرت و گشتاور خروجی و افزایش متوسط 1/1 درصدی مصرف سوخت ویژه ترمزی در مقایسه با حالت توربوشارژر دومرحله­ای سری به همراه دو میان خنک­کن می­گردد. بر اساس نتایج به­دست آمده، قدرت و گشتاور خروجی موتور مجهز به توربوشارژر دومرحله­ای سری به همراه دو میان خنک­کن به‌طور متوسط 23/4 درصد بیشتر و مصرف سوخت ویژه ترمزی آن به‌طور متوسط 88/1 درصد کمتر از موتور مجهز به توربوشارژر دومرحله­ای موازی-ترتیبی به همراه یک میان خنک­کن است. همچنین، قدرت و گشتاور خروجی موتور مجهز به توربوشارژر دومرحله­ای سری به همراه یک میان خنک­کن به‌طور متوسط 08/2 درصد بیشتر و مصرف سوخت ویژه ترمزی آن به‌طور متوسط 81/0 درصد کمتر از موتور مجهز به توربوشارژر دومرحله­ای موازی-ترتیبی به همراه یک میان خنک­کن است.

  روش جدید پیشنهاد شده، از روش سعی و خطا سریع‌تر و کم‌هزینه‌تر است (به‌خصوص در حالت انتخاب بهینه توربوشارژرهای دومرحله­ای) و می‌توان از آن برای انتخاب و حتی طراحی اولیه توربوشارژرهای موتورهای دیزل در شرایط کاری مختلف (سطح دریا و یا ارتفاعات) بهره برد.

  واژه‌های کلیدی: انطباق توربوشارژر و موتور، کمپرسور و توربین، بهینه‌سازی، الگوریتم ژنتیک