基于ALE的汽轮机低压叶片流固耦合数值模拟.pdf

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1、第53卷第2期汽轮机技术Vo1．53NO．22011年4月TURBINETECHN0LOCYApr．2011基于ALE的汽轮机低压叶片流固耦合数值模拟彭荣强(西华大学能源与环境学院，成都610039)摘要：采用AlJE(ArbitraryLagrangian—Eulerian)方法对汽轮机低压叶片与流场之间相互作用下的应力、位移进行了数值模拟，通过计算获得了流场、压力及叶片位移分布，得到应力及叶片位移随时间的变化关系，流体产生的压力波引发了叶片的振动，最大应力发生在叶片根部，最大应力值和最大周向位移随转数增加。模拟结果

2、可对改进叶片性能及叶片材料选择提供相应参考。关键词：ALE：流固耦合；汽轮机低压叶片分类号：TH312文献标识码：A文章编号：1001—5884(2011)02-0119-03NumericalSimulationofFluid—solidCouplingAbouttheLow—pressureBladesinSteamTurbinewithALEMethodPENGRong-qiang(SchoolofEnergy＆Environment，XihuaUniversity，Chengdu610039，China)Abs

3、tract：BasedonAI正(ArbitraryLagrangian—Eulerian)methodtosimulatethestressanddisplacementofthelowpressurebladesinsteamturbinewiththefluid—solidcouplingconcepts．Fromthenumericalresults，wegetthefieldpressureandthedisplacementofblade，itisconcludedthatthemaxequivalents

4、tressoccursintheareaofthebladerootsandthebladevibrationcausedbythepressurewaveoffluidflow．Thiscouldbeusedforimprovingthebladeperformanceandtheselectionofbladematerials．Keywords：ALE；fluid-solidcoupling；lowpressurebladesteamturbine分析模拟汽轮机叶片在流固耦合下的应力分布以及位移变0前言形。叶片是

5、汽轮机的核心部分，是汽轮机中数量最多的零部1ALE坐标下的控制方程件。其中汽轮机末级长叶片的设计研究显得尤为重要。随着汽轮机单机功率的增大，其末级或次末级越来越多地采用ALE描述下的控制方程利用非线性连续介质力学及高长叶片。汽轮机叶片在汽轮机运行过程中。特别是末级叶斯定理推导出物理量：片和次末级叶片在极苛刻的条件下工作，不但承受高温、高G(￡)=Jg(，￡)d压、离心力、蒸汽作用力、蒸汽激振力。还受到腐蚀和振动以南及湿蒸汽区水滴冲蚀等的共同作用，其叶根松动、叶片出现日(￡)=Jh(，t)d裂纹一直是汽轮机安全运行的潜在

6、威胁，一旦出现裂纹扩毒式中，为独立于初始构型和现时构型运动的参考构型；展，叶片断裂或者叶片组共振等现象，对转子将可能造成极为参考坐标系终的位置矢量；t为任一时刻；V为构型体积。大的不平衡量，出现振动严重超标，严重危及汽轮机的安全紊流动能方程：运行。因此叶片事故时有发生。，除了如叶片材料性能、叶片气动和强度振动设计、叶片制造等诸多因素外，叶片的+div(删_divIx,~7r)—表面状态、尺寸、以及微动磨损等参数也会影响到叶片的疲紊流能量散失率：劳寿命，蒸汽以及工质中包含的有害物质造成低压级叶片的腐蚀和侵蚀也会缩短叶片的

7、疲劳寿命。。’。可见影响叶片的Ot+div(、p)iv()疲劳寿命因素很多，也很复杂。而另一个可能的原因在于不ALE方法的重要特征是可以根据需要给定合适的网格稳定的流体与叶片之间存在的流场与结构的交互作用，因此运动速度，以维持计算网格的合理形状并准确描述物体的移直场当结掏的相互用丕丑忽略，本文采用基于ALE方法动接口。收稿日期：2010439-03作者简介：彭荣强(1966．)，男，副教授，工学硕士，从事计算流体力学及建筑环境工作。l20汽轮机技术第53卷长相等。2流固耦合分析3模拟结果及分析2．1物理模型及网格划分某

8、改进引进型600MW905mm长汽轮机低压末级叶片，通过模拟，计算出叶片的压力分布，如图3所示，发现在在大焓降、湿蒸汽、变工况的恶劣环境中工作，叶片材料为叶片前端和尾缘有压力振荡现象，从图4流固耦合流场情况0Crl7Ni4Cu4Nb，单片重约17kg，材料在常温下的主要机械性可以看出，流体与叶片根部存在紊流现象，计算结果显示在能，