【摘要】：燃氣輪機壓氣機的葉片結(jié)構(gòu)性能會直接影響整機的性能、可靠性及經(jīng)濟性。分析葉片在工作狀態(tài)中所受的應(yīng)力及變形情況對于葉片的設(shè)計、整機性能的調(diào)試和穩(wěn)定性預(yù)測都有重要意義。葉片預(yù)變形設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用是以設(shè)計加工葉片的工作狀態(tài)與葉輪機械內(nèi)部的工作狀態(tài)相吻合為目的,以期達到部件及整機性能的設(shè)計要求。文章分別以某船用燃氣輪機壓氣機加零級葉片及航空渦輪風(fēng)扇發(fā)動機風(fēng)扇葉片為對象,結(jié)合工程實際應(yīng)用ANSYS商業(yè)軟件,針對壓氣機動葉片的強度分析和預(yù)變形過程進行多物理場耦合數(shù)值仿真研究,論文主要針對靜態(tài)/工作葉態(tài)葉片的變形過程進行分析,探索葉片靜態(tài)/工作葉態(tài)的各種相關(guān)參數(shù)及規(guī)律變化。具體來說,主要開展了以下工作:采用時域的流固耦合方法分別對某壓氣機前加級葉片和某渦扇發(fā)動機風(fēng)扇葉片模型進行三維數(shù)值模擬,通過固體域和流體域連續(xù)區(qū)域的離散化和構(gòu)造插值函數(shù)求解各自的動力學(xué)方程,在流固耦合的交界面上實現(xiàn)物理信息的傳遞,分析葉片在氣動力和離心力共同作用下的流場模擬,以及葉片在多種載荷作用下的強度與變形結(jié)果,并通過分析得出該結(jié)果與葉片所用材料物性參數(shù)、工作狀態(tài)參數(shù)的關(guān)系;以兩種葉片在離心氣動載荷的綜合作用下產(chǎn)生的應(yīng)力和變形數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),分別對兩種葉片進行葉片的靜態(tài)/工作葉態(tài)葉型求解。結(jié)果表明在葉片預(yù)變形過程中,壓氣機前加級動葉片和渦扇發(fā)動機風(fēng)扇葉片預(yù)變形過程中變形總量的變化規(guī)律近似一致,前8次、特別是前5次迭代過程中收斂殘差變化顯著,變形量的計算較為直觀;第12次迭代之后變形量差值的變化已經(jīng)趨于收斂尺度,從這時開始之后的迭代已經(jīng)趨向于非線性的變化規(guī)律;在整個葉片最大殘差均滿足收斂條件時即認為完全收斂,此時的靜態(tài)葉型即為所求的預(yù)變形葉片模型。最后介紹一種基于葉片截面位移-幾何特征角度的預(yù)變形優(yōu)化設(shè)計方法,將理論設(shè)計葉片多個截面位置處的空間位移變量轉(zhuǎn)變?yōu)閹讉�特征角度參數(shù),包含截面葉型安裝角度、幾何進口及幾何出口角度,依據(jù)幾何特征角度轉(zhuǎn)換扭曲經(jīng)過反復(fù)迭代得到最終加工冷態(tài)葉片及預(yù)變形熱態(tài)葉片,并通過數(shù)值分析手段驗證該預(yù)變形優(yōu)化方法的有效性。
【圖文】：

圖 1.1 LEAP-X1C 高涵道比渦扇發(fā)動機的設(shè)計之重點和難點之一便是葉片的結(jié)構(gòu)和強度設(shè)計。由于葉流對葉片產(chǎn)生壓力使葉片轉(zhuǎn)動做功，而葉片的各種形狀和結(jié)構(gòu)流場以及整機的各種流量、效率參數(shù)都會產(chǎn)生相當(dāng)大的影響，，

葉片的變形分析，對比變形后的工作葉型和原始設(shè)計。結(jié)果表明：轉(zhuǎn)速對葉片反扭的影響最顯著，氣動工三種因素和葉片反扭的關(guān)系，與其和葉片靜變形量的關(guān)作葉態(tài)葉型在同一平面內(nèi)的位置參照示意圖。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK473

【參考文獻】

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3 李彬;宋立明;李軍;;基于雙向流固耦合的長葉片氣動和強度性能的數(shù)值研究[J];推進技術(shù);2014年02期

4 鄭峗;王彪;楊慧;;跨聲速風(fēng)扇葉片的靜態(tài)氣動彈性問題[J];航空動力學(xué)報;2013年11期

5 譚禎;李朝峰;太興宇;聞邦椿;;不同湍流模型旋轉(zhuǎn)葉片氣固耦合動力學(xué)特性研究[J];振動與沖擊;2013年11期

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9 陳懋章;劉寶杰;;風(fēng)扇/壓氣機氣動設(shè)計技術(shù)發(fā)展趨勢——用于大型客機的大涵道比渦扇發(fā)動機[J];航空動力學(xué)報;2008年06期

10 陳云永;劉波;馬聰慧;高麗敏;石建成;溫泉;;全三維、多葉排內(nèi)外涵風(fēng)扇壓氣機葉型優(yōu)化研究[J];航空動力學(xué)報;2008年03期

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2 潘蘇瑜;復(fù)合材料風(fēng)扇葉片結(jié)構(gòu)預(yù)變形設(shè)計研究[D];華僑大學(xué);2016年

本文編號：2684423