导　　师： 闻邦椿

学科专业： H0202

授予学位： 硕士

作　　者： ;

机构地区： 东北大学

摘　　要： 在叶轮机械的工作中因为叶片疲劳失效所引起的系统故障是十分突出的。叶片作为一种弹性体所处的工作环境十分复杂，通常受到两相流甚至是多相流的作用。这也就决定了叶片受气流激振的影响是不可避免的。很多学者将叶片和叶栅看成是振动的绝对刚体叶片，其在工作中不受气动力的影响，这种计算方法不能很好的反应叶片的工作状态，具有一定的局限性。本文通过完善叶片在气流激励下的流固耦合方法对叶轮机械的流体诱发振动问题进行计算和分析，寻求更合理的流固耦合研究方法。<br>　　本研究主要内容包括：⑴对叶片流场系统的流固耦合分析计算中，基于NASA-Rotor67风扇转子系统在不考虑静子叶片影响的前提下，进行流固耦合分析计算。将计算所得到的结果与参考文献比对验证了本文的计算结果和采用的计算方法是正确的和可行的。⑵对某型涡轮机叶片的流场进行流固耦合研究中，考虑转子流道受上游静子叶片所产生的尾流激振的影响。利用物理过程上的耦合迭代代替数学方程上的耦合计算。从物理过程上，能够更贴切的模拟叶片的工作环境和流场的流动特性。在计算的物理过程上，能够比较准确地模拟叶片在气流激振的影响下，由瞬态的计算过程逐渐过渡到稳态的计算过程。监控关键点压力和位移的流固耦合计算结果最终呈现出周期性的变化，计算收敛。⑶对得到的压力数据进行频谱分析，其频率值分别为4708Hz、9416Hz、14120Hz。通过频谱分析，可以分辨出高频的强迫作用，其中的4708Hz的频率响应代表了关于静子叶片的通过频率。对得到的位移数据进行频谱分析，位移频率呈现连续谱，其中引起叶片振动幅值较大的频率与压力的频率基本一致，进一步验证了气流激振是引起叶片振动的主要原因之一。完善了双向瞬态流固耦合求解的理论，验证了双向流固耦合数值求解方法的可行性。⑷双向顺序流固耦合计算方法在针对某型涡轮转子系统的计算中，能够有效的借助于现有的工程软件进行模拟计算，可以方便的完成叶片的流固耦合分析，更适合工程问题。

关 键 词： 叶轮机械 流固耦合 气流激振 数值计算

分 类 号： [TH432.1 TH123.4]

领　　域： [机械工程] [机械工程]