题目：叶轮机非定常流动及叶片强迫响应研究

　　叶轮机内的流固耦合问题基本上属于流体诱发振动现象，这与非定常流动关系密切，叶片的强迫响应是一类工程上更为多见的流体诱发振动问题。对于叶轮机械中强烈的非定常作用，从非定常流动和弹性叶片振动相耦合的角度来研究叶片的强迫响应，对于叶片的高周疲劳具有重要意义。　　叶片发生强迫响应时，叶片的运动是非定常气动力的函数，所以首先要对叶轮机转静干涉中主要的非定常作用有所认识。本文通过在转子前加圆柱的方式来模拟涡轮中导叶尾迹的非定常作用，通过改变圆柱直径和数目来调节尾迹的强度和通过频率。在某亚音涡轮级中以二维叶栅为基础，对不同导叶负荷分布和不同转静轴向间距情况的非定常作用进行了对比研究。这些数值研究都是基于三维非定常粘性CFD程序的。　　为了使商用程序流固耦合的计算途径得到应用，同时对强迫响应问题加以研究，本文结合使用商用CFD和FEA程序，在流固耦合平台上对非定常流场与叶片结构的相互作用进行了数值模拟计算。具体地分两步来进行：首先进行转子单个通道设计和非设计状态的流固耦合计算，不考虑来自上游的非定常作用，意在研究流场变化和结构变形之间的相互影响，结果表明，对于展弦比较大的情况，叶片结构变形对流动结构存在显著影响，另外，非设计状态下的气动性能对叶片结构变形具有更强的敏感性；其次对低压涡轮整级进行了设计状态下的流固耦合计算，得到了一定阻尼水平下的通道内部流动图画和叶片振动响应情况，流场非定常计算结果与非耦合情况下进行了对比分析，本文的算例结果显示，耦合振动及变形对叶片的时均负荷影响较小，但是对转静间的非定常相互作用存在显著影响，动叶的非定常载荷在耦合情况下明显减小了。　　伴随流固耦合研究所发展起来的动网格技术对于解决非叶轮机械领域的一些工程问题同样具有重要意义。本文在非定常CFD程序中结合使用动网格技术，对水动力研究中的附加质量问题进行了数值研究，成功地解决了三维复杂外形物体的刚体附加质量和弹性体的附加质量计算问题，另外，结合多相流模型和Rayleigh Plesset空化模型对带空泡体的附加质量进行了数值计算。