基于流固耦合的叶片气动弹性分析

发布时间：2017-06-04 06:16

  本文关键词：基于流固耦合的叶片气动弹性分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：叶轮机气动弹性力学是流固耦合问题的重要分支。流场作用在弹性结构叶片上会产生气动力,气动力使得叶片振动产生变形,结构的变形又会改变流场分布,从而产生新的作用力。当振幅不断增加时,叶片就会产生颤振。 本文对平板叶栅进行气动弹性稳定性试验研究,观察到颤振过程,分析了叶片颤振时叶尖上方壁面处压力脉动与叶片振动之间的关系。在对流固耦合原理和数值模拟求解过程进行详细分析的基础上,研究如何使用流体力学软件CFX,结构有限元分析软件ANSYS和两者间的耦合平台进行流固耦合计算。并应用这种方法对试验用平板叶片进行气动弹性数值模拟,得到叶片在不同来流速度下的位移响应和压力脉动响应,与试验结果进行对比,说明了这种方法的可行性。应用同样方法研究了NACA0012直叶片的气动弹性稳定性,得到其关于攻角和来流马赫数的颤振边界,并得出以下结论:叶尖上方壁面处静压响应与振动位移响应的变化趋势相同,并且压力脉动频率与颤振频率一致,均接近叶片的固有频率,这为叶片颤振预测提供了一种新思路。最后,对压气机转子叶片进行气动弹性数值仿真模拟,分析了定常流场特性、叶片耦合振动特性和叶片的动应力。 本文所得到的叶片流固耦合问题数值计算方法研究和数值分析的结果,对预测叶片颤振和叶片气动弹性分析有参考价值。
【关键词】：流固耦合 颤振 气动弹性 振动模态
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：V211.47
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-15
• 1.1 论文研究背景11-12
• 1.2 国内外相关研究状况12-14
• 1.3 本文主要研究工作14-15
• 第二章 流固耦合基本理论和计算方法15-26
• 2.1 流固耦合概述15-16
• 2.2 结构动力学分析16-18
• 2.3 计算流体力学18-21
• 2.3.1 概述18
• 2.3.2 流体动力学控制方程18-19
• 2.3.3 控制方程的离散19
• 2.3.4 网格生成技术19-20
• 2.3.5 湍流模型20-21
• 2.3.6 CFD 计算过程21
• 2.4 流固耦合计算方法21-25
• 2.4.1 流固耦合界面边界条件21-22
• 2.4.2 动网格模型22
• 2.4.3 网格插值和映射22-24
• 2.4.4 耦合计算数值模拟算法24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第三章 平板叶片的气动弹性稳定性试验研究26-33
• 3.1 研究内容和目的26
• 3.2 叶片试验模态分析26-27
• 3.3 动态信号采集与处理27-32
• 3.3.1 试验台27-28
• 3.3.2 试验分析系统与传感器布置28-29
• 3.3.3 信号采集与分析29-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第四章 气弹稳定性数值仿真分析33-52
• 4.1 数值仿真方法33-35
• 4.1.1 流固耦合具体计算步骤33-34
• 4.1.2 时间步长的选择34-35
• 4.1.3 ANSYS Workbench 介绍35
• 4.2 平板叶片计算分析35-41
• 4.2.1 建立CSD 模型35-37
• 4.2.2 建立CFD 模型37-38
• 4.2.3 计算结果分析38-41
• 4.3 NACA0012 叶片计算分析41-51
• 4.3.1 结构模型41-42
• 4.3.2 流场模型42-43
• 4.3.3 大攻角分离流动特性分析43-45
• 4.3.4 耦合参数设置45
• 4.3.5 计算结果分析45-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第五章 转子叶片气动弹性数值模拟52-62
• 5.1 流场分析52-54
• 5.1.1 流场模型52-53
• 5.1.2 定常流场计算53-54
• 5.2 气弹稳定性分析54-60
• 5.2.1 叶片的CAD 建模54-55
• 5.2.2 结构有限元模型55-56
• 5.2.3 耦合参数设置56
• 5.2.4 计算结果分析56-60
• 5.3 本章小结60-62
• 第六章 总结和展望62-63
• 6.1 总结62
• 6.2 工作展望62-63
• 参考文献63-66
• 致谢66-67
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 唐智明,周盛;轴流压气机叶片堵塞颤振的数值预测[J];力学学报;1983年05期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 胡运聪;振动叶栅非定常流动数值模拟与叶片颤振分析[D];西北工业大学;2003年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 施永强;三维叶片颤振与叶片设计关联性研究[D];西北工业大学;2006年

2 曾强;压气机转子叶片流固耦合计算及软件集成研究[D];南京航空航天大学;2006年

3 刘德民;基于流固耦合的水轮机振动的数值研究[D];西华大学;2008年

4 杨立国;北京地铁轴流风机内流场及叶片气动弹性的数值模拟研究[D];北京交通大学;2007年

  本文关键词：基于流固耦合的叶片气动弹性分析，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：420201