基于流固耦合的部分進氣渦輪數值模擬研究

趙瑞勇，陳 暉，劉軍年，毋 杰

（西安航天動力研究所，陜西西安710100）

0 引言

部分進氣設計的燃氣渦輪機內部流動極為復雜，由于粘性和復雜幾何條件引起的激波存在相互耦合，造成了流動的非定常性和非穩定性，其內流場氣動特性不同于一般燃氣渦輪。某型液體火箭發動機渦輪由于其部分進氣設計和葉輪高速旋轉導致葉輪受到強烈的交變力沖擊，對葉片應力分布產生很大影響。考慮真實工況的氣動、熱載荷進行葉輪強度計算對渦輪結構設計和工程研制有著重要意義。限于整機試驗研究成本，隨著計算機技術和CFD技術的發展，對渦輪進行流固耦合數值仿真成為研究該問題的重要手段。

在流固耦合仿真計算中，由于流體域和固體域耦合交界面網格疏密不一致，因此要想實現載荷傳遞與流固數據交換，尋求高效率、小誤差的CSD/CFD數據交換方法是實現耦合技術的關鍵。無限平板樣條 (IPS)內插值方法和其他插值方法發展到如今已成為處理機翼氣動彈性計算數據交換較為流行的方法。對于一般模型，有研究者采用最近取樣法和鄰近節點加權平均法實現流固耦合計算數據插值。在流固交界面網格疏密差異不太大且網格節點足夠密集的情況下，最近取樣法能夠滿足要求；在流固耦合交界面網格節點分布比較稀疏的情況下，鄰近點加權平均法能夠滿足要求，但是耗時較長。由于在流固耦合計算中，流體模型與固體模型網格密度往往不一致或者當流體網格發生形變交界面稀疏情況通常不明確，最近取樣法、鄰近點加權平均法誤差較大，有時甚至得到不正確的結果。……