La scelta del turbocompressore si fa sulle mappe di compressore e turbina del costruttore. Quelle mappe sono misurate al banco prova in condizioni di flusso stazionario.
In un motore reale il flusso che raggiunge la turbina non è stazionario: a ogni apertura della valvola di scarico arriva un impulso di pressione. Lungo il ciclo la turbina vaga fra punti diversi della mappa, e la media sul ciclo differisce da quanto dà un singolo punto della mappa.
La differenza è marcata nei motori piccoli e in particolare ai bassi regimi.
Il ritardo del turbo è un problema d'inerzia
All'apertura del gas la turbina non accelera subito: il momento d'inerzia della girante attende che l'energia di scarico si accumuli. Il ritardo è direttamente proporzionale all'inerzia — giranti piccole e leggere rispondono in fretta ma limitano la capacità agli alti regimi.
È un compromesso classico, e il compito dell'analisi è misurarlo.
Non trascurare il lato termico
La cassa turbina lavora alla temperatura di scarico e la cassa compressore relativamente fredda; entrambe sono fissate allo stesso corpo centrale. La regione dei cuscinetti sta fra le due e la temperatura dell'olio è un criterio critico — il surriscaldamento porta alla cokefazione dell'olio e chiude la vita del cuscinetto.
È un problema coniugato: il lato gas, il metallo e il circuito dell'olio vanno risolti insieme. Quando il motore si ferma si ferma anche il raffreddamento, e la temperatura sale per un breve tratto (heat soak); quel transitorio va esaminato a parte. Vedi la nota su stazionario o transitorio.
Modellazione
Il limite di pompaggio sul lato compressore. Vedi la nota sul pompaggio.
Flusso pulsante sul lato turbina. Un'analisi stazionaria riproduce la mappa; il comportamento sul ciclo richiede condizioni al contorno transitorie.
La geometria della voluta. Sia la voluta della turbina sia quella del compressore rompono l'uniformità circonferenziale; un modello periodico a canale singolo non può vedere quell'effetto.
Riferimenti
- Menter, F. R. (1994). Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA Journal, 32(8), 1598–1605. DOI: 10.2514/3.12149
- Shah, R. K. & Sekulić, D. P. (2003). Fundamentals of Heat Exchanger Design. John Wiley & Sons. DOI: 10.1002/9780470172605