两级动叶可调式轴流风机失速演化过程的流固耦合研究

发布时间：2017-12-19 16:28

  本文关键词：两级动叶可调式轴流风机失速演化过程的流固耦合研究　出处：《华北电力大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：动叶可调式轴流风机以其流量大、变工况时经济性好、结构紧凑等优势得到了广泛的应用,而风机参数的不断提高使得叶轮的工作环境更加恶劣,风机运行中叶轮出现裂纹进而发生叶片断裂的事故时有发生。非稳定流动现象旋转失速是引发叶片断裂的重要原因之一,因此研究旋转失速对叶轮动力特性的影响具有重要意义。本文以某电站两级动叶可调式轴流风机为研究对象,利用数值模拟软件Fluent对风机的旋转失速现象进行了数值模拟,分析了旋转失速演化过程中五个典型时刻,设计工况、近失速工况、失速先兆工况、失速发展工况、完整失速团工况的流场特性。结果表明,旋转失速发生后,叶轮内部流场变化明显。失速最先产生在部分流道的叶顶附近,呈现出一个带状高熵产区。随着旋转失速的逐步演化,高熵产区扩大,叶轮流道内出现三个分散的高熵产区。最终三个小失速团聚集为一个大失速团,旋转失速达到相对稳定状态。以风机旋转失速的流场特性为基础,利用仿真分析软件Ansys对风机叶轮进行了流固耦合特性分析。结果表明,旋转失速发生后,叶轮的等效应力分布变化较小,但总变形分布呈现明显的周向不均,气动载荷的变化对叶轮总变形分布具有显著影响。完全失速工况下,叶轮最大总变形位于失速团中心所在区域的叶顶前缘,较设计工况最大总变形量增大了133.3%。对叶轮进行了不同载荷下的模态分析,离心力载荷对叶轮的固有频率和振型具有一定影响,气动载荷影响很小。对于转速在1400r/min-1535r/min(避开率为-6%~3%)范围内,叶轮存在k=m=10的“三重点”共振。共振转速为1481r/min,共振裕度为0.61%。共振裕度非常小,因此叶轮较容易发生一阶十节径共振。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH432.1

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