流固耦合效应下离心压气机叶片响应分析

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1、流固耦合效应下离心压气机叶片响应分析BladeResponseAnalysisofCentrifugalCompressorImpellerBasedonFluid-solidInteractionMethod冯伟大连交通大学DALIANJIAOTONGUNIVERSITY大连交通大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢及参考文献的地方外，论文中不包含他人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得大连交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做

2、的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本人完全意识到本声明的法律效力，申请学位论文与资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任。学位论文作者签名：曰期：年月/D日大连交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解大连交通大学有关保护知识产权及保留、使用学位论文的规定，即•：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属大连交通大学，本人保证毕业离校后，发表或使用论文工作成果时署名单位仍然为大连交通大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件及其电子文档，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入学校有关数据库和收录

3、到《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》进行信息服务，也可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存或汇编本学位论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定）学位论文作者签名：导师签名曰期：年6月/03日期：^L〇/r年乂月乃日分类号：TH452学校代号：10150UDC：密级：学号：20122313硕士学位论文流固耦合效应下离心压气机叶片响应分析BladeResponseAnalysisofCentrifugalCompressorImpellerBasedonFluid-solidInteractionMethod学生姓名：冯伟导师及职称：杜礼明副教授

4、学科门类：工学专业名称：载运工具运用工程研究方向：计算流体动力学申请学位级别：硕士学位论文答辩日期：2015年6月6日学位授予单位：大连交通大学摘要摘要涡轮增压器经过多年的发展，无论是在气动性能还是结构设计，都有了较大的改进，现在广泛应用于航空，船舶，汽车等领域，取得了客观的经济效益。叶轮是离心压气机的主要部件之一，叶轮性能的好坏将直接影响整个压气机的性能，在设计压气机叶轮时既要考虑气动性又要考虑结构。叶轮工作在复杂环境中，受到多种载荷的作用，为了保证压气机安全可靠运行，有必要对其进行流固耦合研究。采用ANSYSCFX针对某离心压气机的叶轮和扩压气机组合进行了流场的模拟研究，

5、分析了叶轮流道与扩压器流道内部流场分布，通过与实验数据比较，验证了本文的仿真模型和所采用数值方法的可靠性，对压气机进行了多工况数值计算。对三种不同叶型数据的CAD图纸，利用CATIA建立了新的模型，利用数值仿真对比了三种扩压器性能的优劣，并且针对性能较好的扩压器前缘气体分离，提出了改进方案，将扩压器叶片入口安装角增加3°，在24156r/min性能得到明显提高，效率在质量流量4.8kg/s提高最大，提高了6.84%，更高转速效果则不明显，总体来看扩压器的结构优化在一定程度上可以提高压气机性能。将流场模拟的压力与离心力耦合，可以获得更加接近实际工作中叶轮叶片的应力应变状态，利用

6、ANSYSWorkbench对压气机进行了流固耦合仿真，分析了流固耦合下叶轮叶片应力应变分布，得到压气机长短叶片的应力应变云图，计算比较了气动力和离心力对叶片应力应变的影响，结果表明应力最大发生在叶片前缘根部，三种不同载荷下的应力最大值为40.276MPa、178.79MPa、167.52MPa，三者的最大值都小于材料的许用应力300MPa。另外，对比分析了流场优化前后应力应变的变化情况，叶轮在流固耦合作用下最大应力值为332.01MPa。最后还分析了叶片的固有频率以及三种不同载荷下的模态振型。通过以上研究，了解了该压气机的气动性能，对叶轮和叶片的应力应变做了可靠性分析，对共

7、振作了计算，为提高压气机性能提供数值参数。关键字：离心式压气机；流固耦合；叶片响应；数值模拟I大连交通大学工学硕士学位论文AbstractTheturbochargerafteryearsofdevelopment,whetherintheaerodynamicperformanceandstructuredesign,hasgreatlyimproved,nowwidelyusedinaviation,Marine,automotiveandotherfields,objectiveeconomicb