一种带有篦齿封严的偏心鼓筒气动力计算方法技术

本发明专利技术公开了属于转子动力学技术领域的一种带有篦齿封严的偏心鼓筒气动力计算方法。该方法为：1）综合流体计算和结构分析，建立带有篦齿封严的三维鼓筒几何计算模型和三维鼓筒结构模型；2）利用步骤1）中的三维几何计算模型，计算不同偏心量下鼓筒表面静压值；3）在步骤2）的基础上，计算带有篦齿封严的鼓筒表面径向气动力和切向气动力；4）利用步骤1）中的三位结构模型，在步骤2）的基础上，计算气流激振对鼓筒特性的影响。本发明专利技术通过计算带有篦齿封严的偏心鼓筒表面气动力和气动力对鼓筒结构关于静力学特性的变化，结合了单纯计算某转子结构的气流激振力和研究结构在外界激励影响下的力学特性，适合具体尺寸和结构的筒式转子的计算。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了属于转子动力学
的。该方法为：1）综合流体计算和结构分析，建立带有篦齿封严的三维鼓筒几何计算模型和三维鼓筒结构模型；2）利用步骤1）中的三维几何计算模型，计算不同偏心量下鼓筒表面静压值；3）在步骤2）的基础上，计算带有篦齿封严的鼓筒表面径向气动力和切向气动力；4）利用步骤1）中的三位结构模型，在步骤2）的基础上，计算气流激振对鼓筒特性的影响。本专利技术通过计算带有篦齿封严的偏心鼓筒表面气动力和气动力对鼓筒结构关于静力学特性的变化，结合了单纯计算某转子结构的气流激振力和研究结构在外界激励影响下的力学特性，适合具体尺寸和结构的筒式转子的计算。【专利说明】
本专利技术属于转子动力学
，特别涉及。
技术介绍
大型旋转机械中的涡轮机械(轴流式压气机、涡轮发动机和汽轮机)是电力工业、航空航天工业的重要设备。但其在设计制造中还存在许多问题，由此导致在运行中发生严重的事故，造成重大经济损失以至人员伤亡。导致各种恶性事故的重要原因是由于大型旋转机械的振动、失稳，而引起振动、失稳的主要因素是系统的各种激振力。因此，根据转子所受激振力的研究可以了解转子激振力主要有油膜反力、气流周期激振力、密封力等。另外，柔性转子由于偏心引起的激振力(简称Alford力)也是激振力中常见的一种。鼓筒是以上旋转机械转子系统中常见的连接结构，同时鼓筒上的篦齿又有封严的作用，其密封性能影响着航空发动机的整机性能。由于制造过程的问题或不平衡力作用，转定子会产生相对偏心，使得转定子周向间隙不均匀，并且这种不均匀分布是随着转子旋转变化的。因此，封严篦齿齿间距不均匀以及转定子偏心必然会产生气动力且在鼓筒各位置不均等，复杂的气流激振会影响鼓筒结构的动力学特性。能否建立篦齿鼓筒封严的模型及合理计算，决定着能否准确分析气动力对鼓筒结构的动力学影响，以及确定气动边界条件。尽管国内外已有很多学者对密封结构的气流激振进行了大量研究，主要围绕盘式篦齿的封严机理，从泄漏量、转速等方面对篦齿封严特性进行数值模拟计算，而对于鼓筒式篦齿的计算不足。
技术实现思路
为了克服上述现有技术上的空缺，本专利技术提出，其特征在于，该计算方法的具体步骤为:I)综合流体计算和结构分析，建立带有篦齿封严的三维鼓筒几何计算模型和带有篦齿封严的三维鼓筒结构模型；2)利用步骤I)中的三维几何计算模型，计算不同偏心量下鼓筒表面静压值；3)在步骤2)的基础上，计算带有篦齿封严的鼓筒表面径向气动力和切向气动力；4)利用步骤I)中的三维结构模型，在步骤2)的基础上，计算气流激振对鼓筒特性的影响。所述步骤I)建立带有篦齿封严的三维鼓筒几何计算模型具体包括:11)简化和省略不会对流场结构造成较大影响的几何细节；12)为了加速计算收敛性，采用多重网格技术划分网格；多重网格的层数通过网格数目来确定，网格数目满足:Σ 2η+1 (η ≥ 2)其中η表示网格层数；多重网格的层数是:min (η) +1 ；13)计算并设定流道壁面的第一层网格宽度:【权利要求】1.，其特征在于，该计算方法的具体步骤为: 1)综合流体计算和结构分析，建立带有篦齿封严的三维鼓筒几何计算模型和带有篦齿封严的三维鼓筒结构模型； 2)利用步骤I)中的三维几何计算模型，计算不同偏心量下鼓筒表面静压值； 3)在步骤2)的基础上，计算带有篦齿封严的鼓筒表面径向气动力和切向气动力； 4)利用步骤I)中的三维结构模型，在步骤2)的基础上，计算气流激振对鼓筒特性的影响。2.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述步骤I)建立带有篦齿封严的三维鼓筒几何计算模型具体包括: 11)简化和省略不会对流场结构造成较大影响的几何细节； 12)为了加速计算收敛性，采用多重网格技术划分网格； 多重网格的层数通过网格数目来确定，网格数目满足:Σ 2η+1 (η ^ 2) 其中η表示网格层数； 多重网格的层数是:min (η) +1 ； 13)计算并设定流道壁面的第一`层网格宽度:U 二 6今)-吟押'..其中，ywaii为壁面第一层网格大小，单位为m ;VMf为参考速度，单位m/s ;Lraf为参考长度，单位为m ；v为流体的运动粘性，单位为m2/s 为无量纲量，对应不同的湍流模型，有不同的取值范围。3.根据权利要求2所述的，其特征在于，所述步骤11)中的几何细节指的是篦齿的齿形和设定流道中模拟叶片间具体形状尺寸。4.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述步骤I)建立三维鼓筒结构模型，需要划分与三维鼓筒几何计算模型网格对应的网格，主要是指周向的网格数。5.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述步骤2)具体为: 21)设置鼓筒篦齿与定子的不同偏心量e，选取合适的进出口边界条件； 22)根据不同涡动频率比Ω/ω计算并提取多组静压值，其中Ω是偏心鼓筒涡动运动转速，ω为鼓筒转子转速； 23)在计算鼓筒表面静压值的基础上，获取鼓筒表面静压力P随时间变化的关系，变换关系式如式:φ' = φ-cotρ{φ') = ρ{φ-ω?) 其中，炉为偏心坐标系周向角，供'为转子坐标系周向角。6.根据权利要求5所述的，其特征在于，所述步骤21)中进出口边界条件是指在进口、出口处的压力和温度。7.根据权利要求5所述的，其特征在于，所述步骤22)中涡动频率比取O，0.2，-0.5，-1.0。8.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述步骤3)具体为: 31)在步骤23)的基础上，对不同偏心量下鼓筒表面静压值求积分，求解出径向气动力、切向气动力，公式为9.根据权利要求8所述的，其特征在于，所述步骤32)中偏心量e=0.2mm。10.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述步骤4)具体为:根据已知的鼓筒表面气动力，利用线性插值加载的方式将步骤22)中得到的静压值加载到鼓筒表面进行加载计算，利用有限元软件计算鼓筒结构变形和应力变化。【文档编号】G06F17/50GK103745030SQ201310676854【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2013年12月11日 【专利技术者】陈陆淼, 秦朝烨, 王洪玉, 褚福磊 申请人:清华大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有篦齿封严的偏心鼓筒气动力计算方法，其特征在于，该计算方法的具体步骤为：?1）综合流体计算和结构分析，建立带有篦齿封严的三维鼓筒几何计算模型和带有篦齿封严的三维鼓筒结构模型；?2）利用步骤1）中的三维几何计算模型，计算不同偏心量下鼓筒表面静压值；?3）在步骤2）的基础上，计算带有篦齿封严的鼓筒表面径向气动力和切向气动力；?4）利用步骤1）中的三维结构模型，在步骤2）的基础上，计算气流激振对鼓筒特性的影响。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈陆淼，秦朝烨，王洪玉，褚福磊，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：