核电超长末叶气动稳定性的流固耦合数值研究

为了准确模拟内流场长叶片在高背压条件下的气动特性和稳定性机制,采用三维时域响应流固耦合算法进行了研究.流场域先进行内部迭代收敛后,在时域上与固体域进行耦合迭代求解,并且利用流场与叶片有限元模型之间的交界面进行气动力、位移等变量的数据交换和迭代计算,对新开发的核电超长末级叶片在3 600、7 200、10 800 Pa这3种背压工况下的气动稳定性和流动特征进行了分析.结果表明,随着背压增大,在叶栅流道内的近出口处附近出现了由压力扰动引起的旋涡流动现象,3种背压工况下叶片的时域响应曲线均以1阶动频模态为主进行自由衰减,并表现出非线性的振动特征,叶片的响应幅值均呈现收敛的趋势,新开发的核电超长末级叶片在背压从3 600增大到10 800 Pa范围内时保持气动稳定,不会发生颤振现象.叶栅背弧面激波随背压升高不断朝气流方向移动但并未发生脱体,在叶片振动过程中叶高各截面的流场流动也保持平稳,同时,时域响应曲线的气动阻尼随背压变大而减小,这表明叶片的气动稳定性随背压增加而逐渐减弱.