[發明專利]一種帶有篦齒封嚴的偏心鼓筒氣動力計算方法

有效

• 申請號: 201310676854.7
• 申請日: 2013-12-11
• 公開（公告）號: CN103745030A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 陳陸淼;秦朝燁;王洪玉;褚福磊
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

技術領域

本發明屬于轉子動力學技術領域，特別涉及一種帶有篦齒封嚴的偏心鼓筒氣動力計算方法。

背景技術

大型旋轉機械中的渦輪機械（軸流式壓氣機、渦輪發動機和汽輪機）是電力工業、航空航天工業的重要設備。但其在設計制造中還存在許多問題，由此導致在運行中發生嚴重的事故，造成重大經濟損失以至人員傷亡。

導致各種惡性事故的重要原因是由于大型旋轉機械的振動、失穩，而引起振動、失穩的主要因素是系統的各種激振力。因此，根據轉子所受激振力的研究可以了解轉子激振力主要有油膜反力、氣流周期激振力、密封力等。另外，柔性轉子由于偏心引起的激振力（簡稱Alford力）也是激振力中常見的一種。

鼓筒是以上旋轉機械轉子系統中常見的連接結構，同時鼓筒上的篦齒又有封嚴的作用，其密封性能影響著航空發動機的整機性能。由于制造過程的問題或不平衡力作用，轉定子會產生相對偏心，使得轉定子周向間隙不均勻，并且這種不均勻分布是隨著轉子旋轉變化的。因此，封嚴篦齒齒間距不均勻以及轉定子偏心必然會產生氣動力且在鼓筒各位置不均等，復雜的氣流激振會影響鼓筒結構的動力學特性。能否建立篦齒鼓筒封嚴的模型及合理計算，決定著能否準確分析氣動力對鼓筒結構的動力學影響，以及確定氣動邊界條件。

盡管國內外已有很多學者對密封結構的氣流激振進行了大量研究，主要圍繞盤式篦齒的封嚴機理，從泄漏量、轉速等方面對篦齒封嚴特性進行數值模擬計算，而對于鼓筒式篦齒的計算不足。

發明內容

為了克服上述現有技術上的空缺，本發明提出一種帶有篦齒封嚴的偏心鼓筒氣動力計算方法，其特征在于，該計算方法的具體步驟為：

1）綜合流體計算和結構分析，建立帶有篦齒封嚴的三維鼓筒幾何計算模型和帶有篦齒封嚴的三維鼓筒結構模型；

2）利用步驟1）中的三維幾何計算模型，計算不同偏心量下鼓筒表面靜壓值；

3）在步驟2）的基礎上，計算帶有篦齒封嚴的鼓筒表面徑向氣動力和切向氣動力；

4）利用步驟1）中的三維結構模型，在步驟2）的基礎上，計算氣流激振對鼓筒特性的影響。

所述步驟1）建立帶有篦齒封嚴的三維鼓筒幾何計算模型具體包括：

11）簡化和省略不會對流場結構造成較大影響的幾何細節；

12）為了加速計算收斂性，采用多重網格技術劃分網格；

多重網格的層數通過網格數目來確定，網格數目滿足：

∑2ⁿ+1??(n≥2)

其中n表示網格層數；

多重網格的層數是：min（n）+1；

13）計算并設定流道壁面的第一層網格寬度：

ywall=6(Vrefv)-78(Lref2)18Y1+...]]>

其中，y_wall為壁面第一層網格大小，單位為m；V_ref為參考速度，單位m/s；L_ref為參考長度，單位為m；v為流體的運動粘性，單位為m²/s；Y₁⁺為無量綱量，對應不同的湍流模型，有不同的取值范圍。

所述步驟11）中的幾何細節指的是篦齒的齒形和設定流道中模擬葉片間具體形狀尺寸。

所述步驟1）建立三維鼓筒結構模型，需要劃分與三維鼓筒幾何計算模型網格對應的網格，主要是指周向的網格數。

所述步驟2）具體為：