本文關(guān)鍵詞：流固耦合效應(yīng)下離心壓氣機(jī)葉片響應(yīng)分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：渦輪增壓器經(jīng)過多年的發(fā)展,無論是在氣動性能還是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),都有了較大的改進(jìn),現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于航空,船舶,汽車等領(lǐng)域,取得了客觀的經(jīng)濟(jì)效益。葉輪是離心壓氣機(jī)的主要部件之一,葉輪性能的好壞將直接影響整個(gè)壓氣機(jī)的性能,在設(shè)計(jì)壓氣機(jī)葉輪時(shí)既要考慮氣動性又要考慮結(jié)構(gòu)。葉輪工作在復(fù)雜環(huán)境中,受到多種載荷的作用,為了保證壓氣機(jī)安全可靠運(yùn)行,有必要對其進(jìn)行流固耦合研究。采用ANSYS CFX針對某離心壓氣機(jī)的葉輪和擴(kuò)壓氣機(jī)組合進(jìn)行了流場的模擬研究,分析了葉輪流道與擴(kuò)壓器流道內(nèi)部流場分布,通過與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較,驗(yàn)證了本文的仿真模型和所采用數(shù)值方法的可靠性,對壓氣機(jī)進(jìn)行了多工況數(shù)值計(jì)算。對三種不同葉型數(shù)據(jù)的CAD圖紙,利用CATIA建立了新的模型,利用數(shù)值仿真對比了三種擴(kuò)壓器性能的優(yōu)劣,并且針對性能較好的擴(kuò)壓器前緣氣體分離,提出了改進(jìn)方案,將擴(kuò)壓器葉片入口安裝角增加3°,在24156r/min性能得到明顯提高,效率在質(zhì)量流量4.8kg/s提高最大,提高了6.84%,更高轉(zhuǎn)速效果則不明顯,總體來看擴(kuò)壓器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化在一定程度上可以提高壓氣機(jī)性能。將流場模擬的壓力與離心力耦合,可以獲得更加接近實(shí)際工作中葉輪葉片的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài),利用ANSYS Workbench對壓氣機(jī)進(jìn)行了流固耦合仿真,分析了流固耦合下葉輪葉片應(yīng)力應(yīng)變分布,得到壓氣機(jī)長短葉片的應(yīng)力應(yīng)變云圖,計(jì)算比較了氣動力和離心力對葉片應(yīng)力應(yīng)變的影響,結(jié)果表明應(yīng)力最大發(fā)生在葉片前緣根部,三種不同載荷下的應(yīng)力最大值為40.276MPa、178.79MPa、167.52MPa,三者的最大值都小于材料的許用應(yīng)力300MPa。另外,對比分析了流場優(yōu)化前后應(yīng)力應(yīng)變的變化情況,葉輪在流固耦合作用下最大應(yīng)力值為332.01MPa。最后還分析了葉片的固有頻率以及三種不同載荷下的模態(tài)振型。通過以上研究,了解了該壓氣機(jī)的氣動性能,對葉輪和葉片的應(yīng)力應(yīng)變做了可靠性分析,對共振作了計(jì)算,為提高壓氣機(jī)性能提供數(shù)值參數(shù)。
【關(guān)鍵詞】：離心式壓氣機(jī) 流固耦合 葉片響應(yīng) 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：大連交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH452
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 課題研究背景及意義11-12
• 1.2 流固耦合國內(nèi)外研究簡介12-14
• 1.2.1 國外流固耦合研究現(xiàn)狀簡介12-13
• 1.2.2 國內(nèi)流固耦合研究現(xiàn)狀簡介13-14
• 1.3 葉輪機(jī)械流固耦合研究進(jìn)展14-15
• 1.4 流固耦合研究常用軟件簡介15-16
• 1.5 主要研究內(nèi)容16
• 本章小結(jié)16-17
• 第二章 葉輪機(jī)械流固耦合數(shù)值模擬相關(guān)理論17-31
• 2.1 離心壓氣機(jī)的氣動基本理論17-22
• 2.1.1 壓氣機(jī)的組成與原理17-20
• 2.1.2 壓氣機(jī)的主要?dú)鈩有阅軈?shù)20-21
• 2.1.3 壓氣機(jī)的旋轉(zhuǎn)失速和喘振21-22
• 2.2 流體數(shù)值模擬理論及方法22-24
• 2.2.1 流動的控制方程及性質(zhì)22-24
• 2.2.2 流動方程的求解方法24
• 2.2.3 湍流模型及其選取24
• 2.3 葉輪強(qiáng)度分析基本理論24-28
• 2.3.1 屈服條件25
• 2.3.2 Tresca屈服準(zhǔn)則25-26
• 2.3.3 Mises屈服條件26-28
• 2.4 葉輪機(jī)械流固耦合分析的方法及理論28-30
• 2.4.1 流固耦合的基礎(chǔ)理論28-29
• 2.4.2 流固耦合問題的研究方法29
• 2.4.3 流固耦合方程29-30
• 2.4.4 耦合面的數(shù)據(jù)傳遞30
• 2.4.5 葉輪機(jī)械流固耦合的ALE方法的基礎(chǔ)理論30
• 本章小結(jié)30-31
• 第三章 壓氣機(jī)氣動數(shù)值模擬與流場分析31-49
• 3.1 壓氣機(jī)數(shù)值模型的建立31-35
• 3.1.1 幾何結(jié)構(gòu)簡介31-32
• 3.1.2 計(jì)算網(wǎng)格32-34
• 3.1.3 邊界條件與計(jì)算設(shè)定34-35
• 3.2 多工況數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果分析35-39
• 3.2.1 多工況數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果及分析35-36
• 3.2.2 壓氣機(jī)多工況下的氣動特性仿真分析36-39
• 3.3 壓氣機(jī)葉輪與三種不同葉片參數(shù)的擴(kuò)壓器匹配研究39-45
• 3.4 擴(kuò)壓器優(yōu)化設(shè)計(jì)45-48
• 本章小結(jié)48-49
• 第四章 壓氣機(jī)葉輪葉片流固耦合強(qiáng)度分析49-61
• 4.1 有限元基本概念49
• 4.2 有限元分析的求解步驟49-50
• 4.3 流固耦合分析流程50-51
• 4.4 壓氣機(jī)葉輪葉片有限元模型的建立51-52
• 4.5 計(jì)算結(jié)果分析52-56
• 4.6 流場優(yōu)化前后應(yīng)力應(yīng)變對比分析56-57
• 4.7 葉輪流固耦合計(jì)算結(jié)果及分析57-60
• 本章小結(jié)60-61
• 第五章 壓氣機(jī)葉輪葉片模態(tài)分析61-70
• 5.1 振動模態(tài)分析理論基礎(chǔ)61-63
• 5.1.1 模態(tài)分析61-62
• 5.1.2 壓氣機(jī)模態(tài)分析基本理論62
• 5.1.3 壓氣機(jī)主要振動參數(shù)描述62-63
• 5.1.4 壓氣機(jī)的共振特性分析63
• 5.2 基于ANSYS Workbench的模態(tài)分析63-64
• 5.2.1 ANSYS模型分析的基本方法63
• 5.2.2 ANSYS分析的靜頻和動頻計(jì)算63-64
• 5.2.3 葉輪葉片的ANSYS模態(tài)分析過程64
• 5.3 葉片模態(tài)計(jì)算結(jié)果與分析64-69
• 本章小結(jié)69-70
• 結(jié)論與展望70-72
• 研究結(jié)論70
• 研究展望70-72
• 參考文獻(xiàn)72-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文75-76
• 致謝76-77

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