Turboberäkningar - kompressormappar

[SaabAero]

Hittade lite info om hur man beräknar luftflöden för kompressorberäkningar i en GIK - katalog.
Det skrivs ju mycket här om hur mycket en viss turbo egentligen orkar med. Jag tänkte att det kanske kan vara intressant att att räkna lite på detta också.

Vill gärna ha synpunkter på om beräkningarna stämmer och om jag missat något

Formeln lyder:
Q= (V/1000) * E * (N/2) * (P2/P1) * (T1/T2)

Q= luftvolymflöde (m3/s)
V= motorn volym i liter (divideras med 1000 för att få svaret i m3/s)
N= Varvtal i rpm/s OBS varv/sekund (divideras med 2 för fyrtaktsmotorer)
P1= Lufttryck (bar) i kompressorinlopp (absoluttryck) Antag Atm-tryck = 1,01bar vid havsnivå
P2= Lufttryck (bar) i kompressutlopp (absoluttryck) Antag Atm-tryck = 1,01bar vid havsnivå
T1=Temperatur i kompressorinlopp i Kelvin (0°C =273K)
T2=Temp i insugsröret
E= Fyllnadsgrad då motorn jobbar som sugmotor
Antag E =
= 0,85 för std motor med ca 50 hk/liter
= 0,90 för effektiv motor med ca 65 hk/liter
= 0,95 för trimmad motor med ca 80 hk/liter
= 1,0 för race motor med ca 95 hk/liter
= 1,05 för optimal motor med ca 110 hk/liter

Vissa kompressordiagram anger luftflöden i andra enheter än m3/s
1 m3/s = 2128 CFM
1 m3/s = 146,51 lb/min
1 m3/s = 1,1 kg/s

Det var alla bokstäver då kan vi börja räkna
För Saabs 2,3 motor blir E=0,85 (150/2,3=65)

Om man då räknar med 1,5bar@4000 rpm och insugstemp = 70° och lufttemp = 30° blir det följande resultat

Q=(2,295/1000)*0,85*((4000/60)/2)*(2,51/1,01)*((273+30)/(273+70))= 0,194m3/s (edit: rätt svar blir 0,151m3/s)

För att då hitta denna punkt i kompressor diagrammet nedan går man alltså in på 2,5 och 0,194 och hittar där en punkt som visar på kompressorverkningsgraden 70% och turbinvarvtalet mellan 150000 och 170000 rpm



Edit:
Borttaget pga felräkning

[Jompa X40 Nordic]

Q=(2,295/1000)*0,85*((4000/60)/2)*(2,51/1,01)*((273+30)/(273+70))= 0,194m3/s

Stämmer den uträkningen?

1 m3/s = 1,1 kg/s

Är inte luftdensiteten 1,3 kg/m3 ?


M.v.h. J

[SaabAero]

[quote=Jompa X40 Nordic][quote="Urban 1041":2yeuwi5y]Q=(2,295/1000)*0,85*((4000/60)/2)*(2,51/1,01)*((273+30)/(273+70))= 0,194m3/s[/quote]

Stämmer den uträkningen?

[/quote:2yeuwi5y]

Har inte kollat om den stämmer faktiskt
Fuskade lite och la in siffrorna i den excel-mall jag gjort så det är inte helt otroligt att det finns något litet fel någonstans... Kollar det
Tyckte också resultatet blev lite högt, dock inte helt orimligt, därför har jag inte ifrågasatt det.

[quote=Jompa X40 Nordic]

[quote="Urban 1041":2yeuwi5y]1 m3/s = 1,1 kg/s[/quote]

Är inte luftdensiteten 1,3 kg/m3 ?

M.v.h. J[/quote:2yeuwi5y]

Jag har ju plankat siffrorna rakt av från GIK-katalogen
Kollar igen och det står faktiskt att 1m3/s = 1,1kg/s , men det står också att [i]"Ovanstående värden är avrundae och anpassade till de värden som kompressordiagrammen brukar vara uppdragna för (545 R, 29,4 in.Hg)"[/i]

Här kan man hitta lite andra intressanta värden [url="http://www.stealth316.com/2-3s-compflowmaps.htm"]http://www.stealth316.com/2-3s-compflowmaps.htm[/url] som t.ex. att MHI anger 0.10 kg/s = 181.2415 cfm

[wesslan_theman]

Har du inte satt in fel fyllnadsgrad?

Du har ju använt E för 50 hk/liter
Motorn har ju 150/2,3=65 alltså 0,90 i fyllnadsgrad

//jon

EDIT: Men vid närmare eftertanke kommer jag ju på att en turbomotor utan turbo går sämre än motsvarande utan....pga kammar, insug och komp mm. Så det var kanske inte fel iallafall

[Qvintus]

1 m3/s = 1,1 kg/s

Är inte luftdensiteten 1,3 kg/m3 ?


M.v.h. J[/quote]

Det stämmer, men jag antar att det är för att efter filtret har vi ju lite undertryck. Skiljer ju rätt mycket på typ av filter förvisso.

[SaabAero]

Har du inte satt in fel fyllnadsgrad?

Du har ju använt E för 50 hk/liter
Motorn har ju 150/2,3=65 alltså 0,90 i fyllnadsgrad

//jon

EDIT: Men vid närmare eftertanke kommer jag ju på att en turbomotor utan turbo går sämre än motsvarande utan....pga kammar, insug och komp mm. Så det var kanske inte fel iallafall

Jag tror jag räknat med 0,9 men skrivit 0,85
Det höjer ju resultatet ytterligare lite..

Gör om - gör rätt

[SaabAero]

Det var inte rätt räknat å det var inte bara ett fel...
Nu ska det stämma bättre.

Q=(2,295/1000)*0,90*((4000/60)/2)*(2,51/1,01)*((273+30)/(273+70))= 0,151m3/s

Det innebär att de kurvorna jag ritat in inte stämmer tar därför bort den
Jag gör ett nytt försök senare.

[SaabJohan]

Luftens densitet (kg/m^3) ges av:

10000/(287*T)

ex. 273K = 1,276 kg/m^3

En motors fyllnadsgrad är mycket svår att uppskatta. För en typisk sugmotor med fyrventilsteknik så pendlar den mellan ca 70-95% beroende på varvtal. Trimmade motorer kan nå så högt som 120-130% fyllnadsgrad. Tryckskillnader orsakade av turboaggregatet kan också påverka motorn på sätt som inte är lätt att förutse.

Notera att en Saab motor drar kring 3,7 m^3/kWh.

Vidare har en motor tryckfall före kompressor och över laddluftkylaren/tryckrör som gör att kompressorn får arbeta med högre tryckförhållande än vad man vid första anblick kan tro.

Notera också att det finns vissa felaktigheter i beräkningarna i GIK katalogen.

[SaabAero]

Luftens densitet (kg/m^3) ges av:

10000/(287*T)

ex. 273K = 1,276 kg/m^3

En motors fyllnadsgrad är mycket svår att uppskatta. För en typisk sugmotor med fyrventilsteknik så pendlar den mellan ca 70-95% beroende på varvtal. Trimmade motorer kan nå så högt som 120-130% fyllnadsgrad. Tryckskillnader orsakade av turboaggregatet kan också påverka motorn på sätt som inte är lätt att förutse.

Notera att en Saab motor drar kring 3,7 m^3/kWh.

Vidare har en motor tryckfall före kompressor och över laddluftkylaren/tryckrör som gör att kompressorn får arbeta med högre tryckförhållande än vad man vid första anblick kan tro.

Notera också att det finns vissa felaktigheter i beräkningarna i GIK katalogen.

Just i detta fall spelar inte luftens densitet så stor roll eftersom man får världet i rätt enhet direkt (m3/s)

Jo, nog är fyllnadsgraden lite lurig att beräkna, men man får väl som vanligt göra en hel massa antaganden och förenklingar när man räknar
Man måste ju hursom förenkla både temperatur och lufttryck så i praktiken får man väl bestämma sig för några extremfall (alt normalfall) och räkna på dessa.

Vilka felaktigheter finns det i beräkningarna i GIK-katalogen ?

EN tanke som slår mig är att det vid kompressorberäkningar är tryck och temperatur efter turbo, men före IC som ska användas. Det blir alltså fel att använda laddtryck och insugstemp som indata.
Tempen efter kompressorn kan man beräkna utifrån kompressorn verkningsgrad så där borde man komma skapligt nära.
Tryckfall över IC och insugssystem lär ju variera med luftflöde, dvs det varierar med varvtal, laddtryck och temp...
Ju mer man funderar ju mer inser man att man måste göra grova förenklingar.