? 顫振分析對于確定壓氣機(jī)/渦輪葉片安全工作范圍意義重大，Ansys Fluent 2022R1已具備葉片顫振(Blade Flutter)仿真功能
? 本案例以Rotor67壓氣機(jī)葉片為例，介紹了基于Fluent進(jìn)行葉片顫振分析的基本流程，包括：幾何前處理、網(wǎng)格劃分、計算設(shè)置、求解及后處理
? 模態(tài)結(jié)果文件由Ansys Mechanical計算得到，具體可參考流體大本營葉片顫振相關(guān)仿真資料，本案例不做具體解釋
? 本案例僅作為仿真流程演示說明案例，未與相關(guān)試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行比對
考慮氣彈問題時壓氣機(jī)氣動特性線安全裕度范圍
幾何前處理
本案例以NASA Rotor67跨音壓氣機(jī)葉片為例
‐設(shè)計轉(zhuǎn)速16043RPM
‐設(shè)計流量34.07kg/s，單葉片通道流量約1.54kg/s
‐模態(tài)Mode取1階彎曲模態(tài)輸出結(jié)果
-依次為進(jìn)口、出口、輪轂、機(jī)匣和旋轉(zhuǎn)周期交界面進(jìn)行命名，相關(guān)命名方式同一般葉輪機(jī)仿真規(guī)則
-該模型未設(shè)置葉尖間隙，如葉片帶有葉尖間隙則需對葉尖面進(jìn)行單獨(dú)命名方便后續(xù)網(wǎng)格加密
-基于TurboGrid生成的帶有葉尖間隙的網(wǎng)格暫時不支持在Fluent中進(jìn)行
Fluent Meshing網(wǎng)格劃分
? 在Workbench中將Geometry拖曳到Fluent模塊的Mesh單元
? 雙擊Mesh打開Fluent Meshing網(wǎng)格劃分界面
‐設(shè)置進(jìn)出口邊界條件，設(shè)置周期對稱邊界面網(wǎng)格
‐生成體網(wǎng)格(網(wǎng)格總數(shù)約80萬)
*本案例采用的體網(wǎng)格類型為四面體網(wǎng)格，F(xiàn)luent Meshing的多面體網(wǎng)格暫時不支持多面體類型網(wǎng)格。
穩(wěn)態(tài)求解設(shè)置
首先基于Fluent進(jìn)行葉片穩(wěn)態(tài)流場仿真，作為后續(xù)瞬態(tài)計算初始流場
‐設(shè)置為穩(wěn)態(tài)Steady，氣體材料設(shè)置Ideal Gas
‐在Physics > Cell Zones中設(shè)置轉(zhuǎn)速為-16042.8rev/min
‐在Physics > Boundary邊界條件中，設(shè)置進(jìn)口總溫總壓為大氣溫度、大氣壓力，出口靜壓為大氣壓
‐設(shè)置進(jìn)口流量massflow-inlet為計算過程中的監(jiān)測變量
‐初始化，單擊Run Calculation進(jìn)行穩(wěn)態(tài)求解計算，待計算收斂、質(zhì)量流量平緩后，保存穩(wěn)態(tài)計算結(jié)果
葉片模態(tài)文件導(dǎo)入
‐將計算由穩(wěn)態(tài)Steady切換到瞬態(tài)Transient
‐單擊File > Read > Profile，選擇預(yù)先準(zhǔn)備好的whole.csv模態(tài)文件
‐文件格式如下圖所示，該文件和先前基于CFX和Mechanical的葉片顫振計算方案中所用模態(tài)文件完全一致，可互相通用
‐勾選Domain > Turbomachinery > Turbo Mode選項，激活Turbo Mode模式
周期性動網(wǎng)格設(shè)置
‐1.進(jìn)入Domain > Dynamic Mesh，勾選Dynamic Mesh，在Options下勾選Periodic Displacement選項
‐2.單擊Settings打開Periodic Displacement周期變形網(wǎng)格設(shè)置面板
‐3.單擊Create進(jìn)入設(shè)置界面
‐4.勾選Travelling Wave Method
‐1.單擊Set展開設(shè)置，將節(jié)徑Nodal Diameter設(shè)置為0(可根據(jù)實(shí)際節(jié)徑數(shù)設(shè)置)；勾選AerodynamicDamping計算氣動阻尼系數(shù)
‐3.在相應(yīng)設(shè)置界面下，分別按圖中所示，在Direction X、Direction Y、Direction Z下分別為其指定先前到入模態(tài)文件中網(wǎng)格變形參數(shù)；Frequency指定為模態(tài)文件中的振動頻率(613.53Hz)；最大振幅Amplitude手工指定為0.001m；Passage Number選擇模態(tài)文件中的sector-tag
‐4.單擊Activate激活該變形設(shè)置
‐在Dynamic Mesh Zones下選擇Create/Edit，為對應(yīng)的壁面選擇動網(wǎng)格類型；選擇葉片表面blade，選擇動網(wǎng)格類型Type為Use-Defined用戶自定義，然后在Mesh Motion UDF/Profile下選擇先前定義的葉片周期運(yùn)動設(shè)置；單擊Create創(chuàng)建完成
‐選擇機(jī)匣壁面Shroud，網(wǎng)格類型Type選擇Deforming，然后在Geometry Definition下選擇surface-of-revolution，即允許葉片變形時沿Shroud壁面自由滑移；單擊Create創(chuàng)建完成
氣動阻尼Aerodynamic damping監(jiān)測量設(shè)置
‐在Solution > Reports > Definition下選擇New >Aerodamping Report打開Aerodamping Report Definition定義面板定義氣動阻尼系數(shù)監(jiān)測量
‐在Name中命名為aerodamping，Wall Zones中選擇葉片表面blade
‐如果您的計算域由多個葉片通道組成，可勾選PerZone計算單個葉片的阻尼系數(shù)，本案例為單葉片通道無需勾選
‐在Integrate Over中設(shè)置為72，該值與后續(xù)計算時單個振動周期內(nèi)時間步長的數(shù)目相當(dāng)，這里設(shè)置為72
‐單擊OK完成設(shè)置，將監(jiān)測量添加到監(jiān)測列表中
選擇Run Calculation進(jìn)入求解設(shè)置界面
‐在Method中選擇Frequency-Based即基于頻率定義
‐在Parameter > Frequency中參照模態(tài)文件中的一階頻率數(shù)值，輸入頻率值613.53Hz；根據(jù)頻率值會自動計算單個周期值Period
‐在Time Steps per Period中輸入單個振動周期內(nèi)的時間步數(shù)，這里設(shè)置為72；根據(jù)時間步數(shù)會自動計算單個時間步長大小Time Step Size
‐總的振動周期Total Periods設(shè)置為10，單個時間步長內(nèi)的迭代次數(shù)改為10
‐Aerodamping氣動阻尼監(jiān)控曲線會自動出現(xiàn)，其他如收斂殘差、質(zhì)量流量等曲線均正常顯示
‐待計算完畢后，葉片氣動阻尼系數(shù)會逐漸趨于平緩，如最終氣動阻尼系數(shù)大于0，則表明不會發(fā)生顫振；后處理云圖可顯示葉片變形量
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