压气机径流式叶轮有限元建模分析

1.问题描述

本实例为某型压气机的径流式叶轮，其相关参数在建模过程中体现。试用BladeModeler旋转机械部件三维设计工具创建叶轮。

2.模型创建过程

（1）启动Workbench 18.0 在“开始”菜单中执行【ANSYS 18.0】→【Workbench 18.0】命令。

（2）创建几何项目

①在工具箱【Toolbox】的组件系统【Component Systems】中双击或拖动几何创建项目【BladeGen】到项目分析流程图，如图2-109所示。

②在Workbench的工具栏中单击【Save】，保存项目工程名为Radial impeller.Wbpj。如模型文件保存在D：\AWB\Chapter02文件夹中。

图2-109 创建几何项目

（3）进入BladeGen环境

①在几何创建项目上用鼠标右键单击【Blade Design】→【Edit…】打开BladeGen窗口。

②在工具栏单击【New BladeGen File】图标，弹出【Initial Meridional Configuration Dialog】对话框。

③选择【Radial Impeller】标签。

④在【Radial Impeller】上输入图2-110所示参数，单击【OK】进入下一级。

⑤在【Initial Angle/Thickness Dialog】上输入图2-111所示参数，单击【OK】进入BladeGen环境，如图2-112所示。

图2-110 定义初始子午面轮廓

图2-111 定义初始叶片角和厚度

图2-112 BladeGen窗口

（4）优化子午面

①在左上子午面窗口，双击入口（箭头位置）左上侧点，弹出点位置对话框，输入图示参数，然后单击【OK】关闭，如图2-113所示。

②在左上子午面窗口，双击入口（箭头位置）左下侧点，弹出点位置对话框，输入图示参数，然后单击【OK】关闭，如图2-114所示。

图2-113 子午面入口左上侧点

图2-114 子午面入口左下侧点

（5）调整轮毂层叶片角 默认情况下，轮毂层是激活的，叶片角窗口右下侧红点为标志。

①在叶片角度窗口单击鼠标右键，从弹出快捷菜单中选择【Adjust Blade Angles…】，弹出【Blade Angle Dialog】对话框，在前缘【Leading Edge】标签上输入参数，如图2-115所示。

②在后缘【Trailing edge】标签上输入图2-116所示参数，然后单击【OK】关闭。调整后的轮毂层叶片角度曲线如图2-117所示。

图2-115 轮毂前缘叶片角参数调整

图2-116 轮毂后缘叶片角参数调整

（6）调整罩层叶片角

①调整前，单击叶片角窗口右上侧黑点，使其变为红点，则罩层叶片角窗口激活，如图2-118所示。

图2-117 调整后的轮毂层叶片角度曲线

图2-118 激活叶片罩层

②在叶片角度窗口单击鼠标右键，从弹出快捷菜单中选择【Adjust Blade Angles…】，弹出【Blade Angle Dialog】对话框，在前缘【Leading Edge】标签上输入参数，如图2-119所示。

③在后缘【Trailing edge】标签上输入图2-120所示参数，然后单击【OK】关闭。调整后的罩层叶片角度曲线如图2-121所示。

图2-119 罩前缘叶片角参数调整(www.xing528.com)

图2-120 罩后缘叶片角参数调整

（7）叶片属性 在BladeGen窗口左侧，单击叶片属性按钮，弹出【Blade Property Dialog】对话框，单击【LE/TE Ellipse】标签，输入Hub：4.0，Shroud：4.0，其他默认，单击【OK】关闭，如图2-122所示。

图2-121 调整后的罩层叶片角度曲线

图2-122 叶片属性对话框

（8）喉部面积探测

①在辅助窗口单击鼠标右键，从弹出快捷菜单中选择【Show Throat（s）】，一根红线出现在喉部位置，如图2-123所示。

②在BladeGen窗口右侧，单击辅助工具准正交面积按钮，喉部面积作为子午面分数函数在辅助窗口显示，最小喉部面积在前缘附近，如图2-124所示。

③在BladeGen窗口，单击表面积分析按钮，从弹出的对话框中选择【Throat Surface Area】，相应数值会出现在表面积空白选项中，单击【OK】关闭，如图2-125所示。

（9）显示设计模型 在BladeGen窗口右侧，单击辅助工具三维显示按钮，径流式叶轮三维模型出现在辅助窗口中，如图2-126所示。

图2-123 喉部位置

图2-124 喉部面积曲线

图2-125 喉部表面积数值

图2-126 径流式叶轮三维模型

（10）输出与保存

①在BladeGen窗口，单击模型属性按钮，从弹出的对话框中组件类型选择Compressor，模型单位选择MM，单击【OK】关闭，如图2-127所示。

②单击主菜单【File】→【Export】→【TurboGrid Input File…】，弹出【TurboGrid File Export Dia-log】对话框，可调整文件保存目录，如在D：\AWB中，单击【OK】关闭，保存为TurboGrid所识别的格式，也可保存为其他格式的文件，如图2-128所示。

图2-127 设置输出模型单位

图2-128 输出TurboGrid所识别的格式

③单击主菜单【File】→【Exit】，退出BladeGen窗口。

（11）创建三维实体模型及流体区域

①返回Workbench主界面，用右键单击【Blade Design】→【Properties】，在属性列表里，选择Create Hub和Create All Blades，其他默认，如图2-129所示。

②用右键单击【Blade Design】→【Transfer Data To New】→【Geometry】，BladeGen中的几何数据与Geometry连接。

③用右键单击【Blade Design】→【Update】。

④在几何项目上用右键单击【Geometry】→【Refresh】。

⑤在几何项目上用右键单击【Geometry】→【Edit Geometry in DesignModeler】进入DesignModel-er环境，径流式叶轮三维实体模型及流道如图2-130所示。

图2-129 设置创建轮毂及叶片属性

图2-130 径流式叶轮三维实体模型及流道

（12）保存与退出

①单击DesignModeler主界面的菜单【File】→【Export】，然后命名，导出模型Radial impel-ler.agdb文件，如模型文件保存在D：\AWB\Chapter02文件夹中。

②退出DesignModeler环境，单击DesignModeler主界面的菜单【File】→【Close DesignModeler】退出环境，返回到Workbench主界面，此时主界面的项目管理区中显示的建模项目已完成。

③单击Workbench主界面上的【Save】按钮，保存所有建模文件。

④退出Workbench环境，单击Workbench主界面的菜单【File】→【Exit】退出主界面，完成建模项目。

点评：本例为BladeModeler旋转机械压气机径流式叶轮三维实体建模实例，介绍了BladeGen径流式叶轮建模方法和BladeEditor建模处理方法。BladeModeler旋转机械叶轮及叶片设计工具界面友好，设计方便，优势突出。