● 摘要
随着叶轮机向高压比、高转速及重量轻趋势发展，产生了相当大的气动载荷。在设计时往往面临严峻的空气动力学问题，其解决方法是困难而又昂贵的。因此需要一种方法，在设计阶段能准确的预测叶片的空气动力学特性。本文将叶轮机叶片的强迫响应分成流场和结构计算。使用商业软件FLUENT, 对某单级叶轮机二维非定常动静叶干涉流场进行了数值模拟，计算并比较了单通道和整级流场的不同流动状态。流场计算划分成定常流场计算和非定常流场的计算，将定常流场的收敛结果作为非定常流场的初始流场。定常流场计算使用混合平面法，非定常流场计算使用滑动网格法。对于叶片截面二维流场计算的压力结果，通过沿径向插值得到整个叶片上压力分布。通过编程,把非定常气动分析结果转化为适于ANSYS谐响应分析的加载形式,从而成功地把结构载荷压力场引入到有限元分析中。在尾迹流的影响下，动叶上的压力周期性变化,可以分解成无数个简谐波组成的形式。周期性的载荷会产生持续的周期性响应。ANSYS的谐响应是用于确定线性结构在承受随时间按正弦规律变化的载荷时稳态响应的一种技术。基于非定常流的计算结果，使用ANSYS分析叶片的动应力,结果具有一定的工程应用意义。根据流场的计算结果,提出尾流激振气动载荷模型来简化叶片的强迫响应研究,并对模型进行验证。