谐波平衡叶片颤振：单级压缩机

在涡轮机中，叶片颤振是由空气动力和叶片的弹性属性相互作用引起的振荡。出于安全原因，需要在设计周期的早期研究叶片颤振，因为不稳定的颤振会在几分钟甚至几秒钟内导致机械疲劳。

使用谐波平衡模型及谐波平衡颤振运动，可以在 Simcenter STAR-CCM+ 中对涡轮机中的叶片颤振进行有效建模。“每个循环的工作”图用于分析涡轮机叶片设计是否稳定。谐波平衡模型通过将控制方程转换为频域来快速计算周期性非稳态流，使其适合涡轮机应用。

本教程的重点是演示如何在 Simcenter STAR-CCM+ 中设置谐波平衡颤振模拟。

模拟具有一个定子和一个转子叶片排的简化二维压缩机的转子叶片中的颤振。下图显示压缩机和边界的配置：

在导叶的最上游，可压缩气体（此处使用理想气体定律建模为空气）处于大气压下，总体温度为 300 K。入口类型是滞止入口，是位于定子最上游的虚拟充气室，流在此完全处于静止状态，并且此处强制实施非反射边界条件。此边界条件可防止将求解的虚假数值反射到求解域。气体通过定子并进入转子。显式混合平面交界面将信息从叶片区域传递到转子区域。此交界面上还使用五种非反射模式（此类模拟的典型数字）设置非反射边界条件。2D 转子以 225 m/s 速度平移而不是旋转。在流出边界处，静压指定为 5000 Pa。求解域的其余边界（不包括叶片壁面）是周期性的，在这种情况下使用谐波平衡方法可表示：当仅对给定叶片排中的单个叶片进行网格化时，求解如何在压缩机的该叶片排内从一个叶片变化到下一个叶片。