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渦輪機的葉片顫振現象預測

  

 
 
在渦輪機設計中,是否發生顫振是非常重要的評估項目。透過執行詳細的流體 -結構雙向耦合分析(雙向FSI分析),可以用來確認在某些操作條件下是否發生顫振,但使用非穩態且整體模型進行分析時,其分析成本將會非常龐大。
 
在此案例中,透過運用ANSYS CFX的TBR(Transient Blade Row)功能中的葉片顫振這一任選功能,可以有效預測是否會發生顫振。

TBR(Transient Blade Row)功能

為準確高效地分析翼片排過渡現象的方式。減少建模翼片的數量,可透過局部模型完成高效分析。
 
圖1. TBR(Transient Blade Row)功能
 
葉片顫振功能

透過網格振動向葉片施加一定的振動量,根據葉片上的作用力(工作量),來評價顫振是否發生的功能。可以認為,如果作用於葉片上的力為正值,即使發生了振動,也可由周圍的流體來抑制振動,使其難以發生顫振。與雙向FSI分析相比,可以大幅降低分析成本。

圖2. 葉片顫振評估公式
 

圖3.葉片顫振分析模型
 


 圖4.顯示根據每個週期葉片上的作用力(工作量)而獲得的結果。由於最終值為正數,可以判斷在所分析的條件下不易發生顫振。


圖1. 粒子和液面的狀態
 
在葉片顫振分析中,無需改變其模式,即可以執行不同截面直徑的分析。圖5. 表示截面直徑變化時的位移。兩者均為對部分模型進行的分析,將其結果延伸到整個模型時,就可以看到,其中已考慮到了截面直徑導致的相位差。
 
圖5. 截面直徑產生的差異
 
 

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