基于气热固耦合的涡轮模态分析.pdf

第32卷第6期 振动、测试与诊断 V01．32No．6 2012年12月 of Dec．2012 Journal Vibratiorl，Measurement＆Diagnosis 基于气热固耦合的涡轮模态分析+ 陶海亮1’2， 郭宝亭1， 谭春青1 北京，100190) (1．中国科学院工程热物理研究所 (2．中国科学院研究生院北京，100190) 摘要主要研究了气热固耦合场对涡轮模态参数的影响。采用基于^一e湍流模型理论建立了涡轮的流场模型，进行 网格划分和边界条件的加载。通过气热固耦合分析计算获得了流场内部温度和压力的分布，把气动力及温度载荷 映射到涡轮结构上．并在此基础上进行了涡轮模态的计算。计算结果表明，气热固耦合场主要影响涡轮结构的模态 固有频率，对模态振型的影响较小。 关键词涡轮}模态分析；计算流体力学；气热固耦合 中图分类号TKl4 a口i／缸i一0 (1) 引 言 时均化的Navier—Stokes方程为 微型燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮三大 --矾瓦Ow；一工一古笔+吉南(产詈一面两) 部件构成。微型燃气轮机工作时，涡轮在承受高转速 (2) 带来的离心力的同时，还受到气动冲击以及热冲击 k-￡湍流模型方程为 影响，因而气热固耦合已经成为重要的研究方 c3， 向El-z]。气动冲击及热冲击会对涡轮的工作性能及振云兰axi一旦axj『LflV+尝)羞]+地(警+卺)蓍一e 动特性产生较大的影响，考虑气热固耦合分析更能 磕=毒[卜尝)毫]+ 真实地反映涡轮的实际工作状态。 本文研究工作是在建立某型微型燃气轮机的涡 [c，专(警+警)警一C，f]譬c4， 轮流场及气热固耦合场分析模型的基础上，通过计 址=C。k2／￡ (5) 算得到涡轮的各阶振动模态参数，来分析高速气动 其中：C，，C。。，C。。，诉，瓯为经验系数嘲，通过试验确 冲击和热冲击对叶轮振动特性的影响[3]。 定，依次取为0．09，1．44，1．92，1．oo，1．30。 k-e模型方程常常用于计算边界层流动、有回流 1涡轮流场计算 的流动等压力梯度较小的流动，该模型被广泛应用 于商业计算软件，是一种适用于工程流场计算的主 1．1湍流模型 要计算模型[6。。 k-￡模型最初发展是为了改善混合长度模型和 1．2涡轮模型及边界条件 避免复杂流动中的湍流长度尺寸的代数表示。它主 要是通过求解两个附加方程——正方程和￡方程(点 该微型燃气轮机通过径向导向叶片为向心涡轮 方程表示湍流脉动动能方程；e方程表示湍流耗散 提供燃气。在涡轮工作转速为45kr／min时，径向导