涡轮叶片的热流固耦合数值方法研究及应用

汪翔宇; 高尚鸿; 丰镇平

西安交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (3) : 21 -33.

涡轮叶片的热流固耦合数值方法研究及应用

汪翔宇, 高尚鸿, 丰镇平

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摘要

针对航空发动机高压涡轮叶片缺乏有力的热流固耦合分析工具的现状，构建了集流动、换热与振动于一体的多物理场耦合数值模拟基础框架与计算方法。依托双重运动方法和动网格技术，使用跨求解器的弱耦合方法实现了动静交错环境下带陶瓷涂层动叶的热、流、固耦合数值分析。计算分析了简化约束条件的涡轮叶片在多物理场环境下的振动特性，获得了涡轮叶片重要的热流固特性及其变化规律。结果表明：涡轮叶片在热流固耦合环境下的振动形态为一阶弯曲及扭转振动形态的混合，其最大位移为0.209 mm;动叶的变形会进一步显著影响作用在叶片上的气动力和热负荷，叶尖附近的静压变化达9.44%,热流密度变化达39.7%;陶瓷涂层对热流固耦合条件下振动特性的影响极小。