考慮流固耦合效應(yīng)的壓氣機(jī)內(nèi)部流動模擬.pdf

1、航空渦輪發(fā)動機(jī)高推重比的發(fā)展要求對其主要部件—壓氣機(jī)的氣動性能提出了更高的要求。為了使壓氣機(jī)不但具有較高的效率和喘振裕度，同時(shí)重量較輕，就必須實(shí)現(xiàn)以較少級數(shù)達(dá)到更高壓比的目的，高負(fù)荷或高級壓比的壓氣機(jī)成為未來發(fā)展方向。為了盡量減小研發(fā)成本，應(yīng)用先進(jìn)的CFD技術(shù)開展壓氣機(jī)設(shè)計(jì)已經(jīng)成為代壓氣機(jī)設(shè)計(jì)中的重要手段，如何通過數(shù)值模擬手段較為準(zhǔn)確的模擬出壓氣機(jī)特性及其內(nèi)部流動結(jié)構(gòu)，成為在低成本條件下設(shè)計(jì)出合格壓氣機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)。
　　高負(fù)荷、高

2、轉(zhuǎn)速的壓氣機(jī)葉片所承受的的氣動力和旋轉(zhuǎn)慣性力均較大，在這兩種力共同作用下，風(fēng)扇動葉變形較大。葉片變形使得壓氣機(jī)入口氣流角，入口截面面積等參數(shù)變化較大，從而引起壓機(jī)氣動性能發(fā)生改變。因此，在利用CFD技術(shù)對壓氣機(jī)內(nèi)部流動進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)必須充分考慮上述因素對流動情況造成的影響。由于固體變形與氣動力密切相關(guān)，所以這個模擬過程就勢必是一個流體力學(xué)與固體力學(xué)相互耦合的過程。
　　本文應(yīng)用CFD和CSD技術(shù)，以 ANSYS Workbench

3、平臺的DS模塊和APDL語言作為葉片表面載荷的數(shù)據(jù)傳遞接口，對某型渦扇發(fā)動機(jī)中的跨音速風(fēng)扇內(nèi)部流動開展流-固耦合數(shù)值模擬研究，并將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行對比。
　　結(jié)果表明，不考慮葉片變形的風(fēng)扇特性計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值差別較大，數(shù)值模擬無法反映出流場的實(shí)際情況；基于流-固耦合方法的數(shù)值模擬結(jié)果較為準(zhǔn)確的描述出壓氣機(jī)的損失主要來源于動葉中的激波損失和靜葉根部的分離損失；在小于等于額定轉(zhuǎn)速條件下，數(shù)值模擬能夠比較準(zhǔn)確的模擬出風(fēng)扇特性，轉(zhuǎn)速較高