考慮流固耦合效應的壓氣機內部流動模擬.pdf

1、航空渦輪發(fā)動機高推重比的發(fā)展要求對其主要部件—壓氣機的氣動性能提出了更高的要求。為了使壓氣機不但具有較高的效率和喘振裕度，同時重量較輕，就必須實現(xiàn)以較少級數(shù)達到更高壓比的目的，高負荷或高級壓比的壓氣機成為未來發(fā)展方向。為了盡量減小研發(fā)成本，應用先進的CFD技術開展壓氣機設計已經成為代壓氣機設計中的重要手段，如何通過數(shù)值模擬手段較為準確的模擬出壓氣機特性及其內部流動結構，成為在低成本條件下設計出合格壓氣機的關鍵技術。
　　高負荷、高

2、轉速的壓氣機葉片所承受的的氣動力和旋轉慣性力均較大，在這兩種力共同作用下，風扇動葉變形較大。葉片變形使得壓氣機入口氣流角，入口截面面積等參數(shù)變化較大，從而引起壓機氣動性能發(fā)生改變。因此，在利用CFD技術對壓氣機內部流動進行數(shù)值模擬時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，所以這個模擬過程就勢必是一個流體力學與固體力學相互耦合的過程。
　　本文應用CFD和CSD技術，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)動機中的跨音速風扇內部流動開展流-固耦合數(shù)值模擬研究，并將模擬結果與實驗值進行對比。
　　結果表明，不考慮葉片變形的風扇特性計算值與實驗值差別較大，數(shù)值模擬無法反映出流場的實際情況；基于流-固耦合方法的數(shù)值模擬結果較為準確的描述出壓氣機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；在小于等于額定轉速條件下，數(shù)值模擬能夠比較準確的模擬出風扇特性，轉速較高