Master's Thesis

Analysis of particle deposition on turbocharger compressor walls

Final Thesis 5.46 MB Appendix 436.85 kB

Author of thesis: Ing. Radim Komárek

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Ing. Pavel Novotný, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jiří Vacula, Ph.D.

Abstract:

In response to the European Union’s increasing pressure to reduce emissions and the continuous tightening of environmental legislation, modern internal combustion engines have been required
to implement closed crankcase ventilation systems. However, the presence of particles in the recirculated blow-by gases leads to undesirable fouling within the intake system, negatively
affecting the overall engine performance and operating characteristics.This master’s thesis deals with the deposition of oil particles on the walls of the diffuser section of
a radial turbocharger compressor. The work combines a theoretical review of deposition
mechanisms with numerical simulations carried out in ANSYS CFX. Due to the high computational demands, sensitivity analyses were first performed on a simplified elbow geometry in order to investigate the influence of numerical model settings on the resulting particle deposition.
The knowledge obtained from these analyses, together with the optimized numerical
setup, was subsequently applied to simulations of the turbocharger itself, with particular focus
on the analysis of fouling processes.

Keywords:

turbocharger, fouling, particles, crankcase ventilation, oil, CFD, ANSYS CFX, sensitivity analysis, deposition, diffuser

Date of defence

15.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentoval zkušební komisi svou závěrečnou práci a zodpověděl otázky oponenta. Otázky oponenta: 1) Jaký byl nastaven časový krok u výpočtu kompresoru a kolik otáček bylo simulováno? Nebo jednalo o výpočet typu steady state? Toto není z textu zřejmé. Hodnocení: Zodpovězeno. 2) Jaký je důvod vzniku 3 maxim smykového napěti v difuzoru na Obr. 78? Hodnocení: Zodpovězeno. Následně odpovídal na otázky členů zkušební komise: 1) Co bylo přínosem práce? Hodnocení: Zodpovězeno. 2) Na slide 10 jaký je hmotností tok a jak byly tyto hodnoty voleny? Hodnocení: Zodpovězeno. 3) Jaká je výchozí drsnost v kanále? Hodnocení: Zodpovězeno. 4) Jak byste změnil technologický postup k dosažení nižší drsnosti? Hodnocení: Zodpovězeno. 5) Co byste doporučil (konstrukčně) výrobcům turbodmychadel, aby docházelo k menšímu zanášení? Hodnocení: Zodpovězeno. 6) Uvažoval jste i na jinými druhy metod pro simulaci částic? Hodnocení: Zodpovězeno. 7) Jak jste určil správnost výpočetní sítě? Hodnocení: Zodpovězeno.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Automotive and Material Handling Engineering (N-ADI-P)

Composition of Committee

prof. Ing. Pavel Novotný, Ph.D. (předseda)
prof. Dr. Ing. René Pyszko (místopředseda)
Ing. Radim Dundálek, Ph.D. (člen)
Ing. Rudolf Franz, Ph.D. (člen)
Ing. Vojtěch Trusík (člen)

Supervisor’s report
prof. Ing. Pavel Novotný, Ph.D.

Student ve své diplomové práci, v dnešní době již nadstandardního rozsahu 100 stran vlastního textu bez úvodních a závěrečných částí, řešil problematiku usazování částic na stěnách potrubí a následně tuto problematiku výpočtově aplikoval na oblast turbodmychadel.

V průběhu zpracování práce student pracoval velmi aktivně a samostatně vyhledával dostupná technická i vědecká řešení. Velmi oceňuji jeho zájem o řešenou problematiku, soustavný přístup a vysokou aktivitu při tvorbě práce. Student prokázal schopnost samostatně se zorientovat v odborně náročné oblasti, kriticky pracovat s literaturou a získané poznatky vhodně aplikovat při výpočtovém řešení konkrétního technického problému.

Rešeršní část práce je výrazně nadprůměrná a správně cílená na hlavní oblasti související se zadáním. Student vhodně analyzuje mechanismy usazování částic, vliv proudového pole, vlastnosti částic, interakci částic se stěnou a důsledky těchto jevů pro nastavení a interpretaci CFD simulací. Rešerše tak netvoří pouze obecný úvod do problematiky, ale představuje kvalitní odborný základ pro navazující výpočtovou část práce.

Použité výpočtové postupy jsou zvoleny velmi vhodně a odpovídají současnému stavu poznání v oblasti numerického modelování proudění s částicemi. Dosažené výsledky považuji za technicky přínosné a využitelné pro průmyslovou praxi. Při jejich zohlednění v návrhu proudových částí turbodmychadel by mohlo dojít k významnému omezení usazování částic na stěnách a tím i ke zlepšení dlouhodobé provozní spolehlivosti a stability parametrů zařízení. Cíle práce byly jednoznačně splněny.

Po formální stránce je práce zpracována přehledně, logicky členěna a splňuje požadavky kladené na diplomové práce. Grafické výstupy a výsledky výpočtů vhodně doplňují odborný obsah práce. Až na drobné výjimky je práce napsána formálně i jazykově správně a použitá technická terminologie odpovídá řešené oblasti.

Po celkovém zhodnocení lze konstatovat, že student jednoznačně splnil požadavky kladené na diplomovou práci, a to na velmi vysoké odborné úrovni. Práce svým rozsahem, hloubkou rešerše, kvalitou výpočtového řešení a praktickou využitelností dosažených výsledků převyšuje běžný standard diplomových prací.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations A
Student's independence when working on the topic A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Jiří Vacula, Ph.D.

Diplomová práce pana Komárka se zabývá aktuálním a dosud relativně málo probádaným problémem zanášení kompresoru turbodmychadla. Vlastní text práce je zpracován v rozsahu 101 stran.

Práce je zpracována na velmi dobré úrovni, a to z hlediska obsahu, struktury, systematičnosti a srozumitelnosti. Právě systematický přístup je v této problematice mimořádně důležitý, neboť modelování ulpívání částic v současných numerických nástrojích stále vykazuje řadu omezení a správná interpretace výsledků vyžaduje důsledné a metodické posouzení jednotlivých parametrů a omezení modelu.

Je třeba ocenit kvalitně zpracovaný úvod do řešené problematiky i simulační část práce, ve které se diplomant nejprve věnoval zjednodušenému modelu kolene a následně získané poznatky využil při aplikaci zvoleného nastavení pre-processoru na model odstředivého kompresoru. Práce jako celek působí velmi obsáhle a je zřejmé, že se diplomant v jednotlivých tématech snažil proniknout do značné hloubky. Pozitivně lze hodnotit také rozsah provedených analýz a množství prezentovaných výsledků.

V práci lze nalézt drobné překlepy, citace nezačínají od č. 1, ojedinělé hovorové formulace a některé pasáže by bylo možné zestručnit (např. kap. 8.1). Tyto dílčí nedostatky však nejsou zásadního charakteru a celkovou odbornou úroveň ani přínos práce nesnižují.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations B
Topics for thesis defence:
  1. Otázka 2: Jaký je důvod vzniku 3 maxim smykového napěti v difuzoru na Obr. 78?
  2. Otázka 1: Jaký byl nastaven časový krok u výpočtu kompresoru a kolik otáček bylo simulováno? Nebo jednalo o výpočet typu steady state? Toto není z textu zřejmé.

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová