Unsteady numerical analysis of stall flutter in turbine cascade

Abstract

This paper presents a new computational method for analysis of compressible unsteady stalled flows around vibrating blades of a turbine cascade. The method, named the Modified FLIC (Fluid In Cell) method, uses a triangular finite difference mesh pattern which is different from the rectangular mesh pattern for the conventional FLIC method. In the stall flow analysis based on an inviscid Euler equation, the frictional drag on the blade surface is taken into account in the blade surface boundary condition. The vibration of the blade surface boundary is represented by the fluid passing in and out across the blade surface. The time marching calculation starting from a given flow distribution is repeated until a periodic solution is obtained with the same frequency component as the blade vibration frequency. The numerical results are compared with the flutter test data for the X(sub 1) mode vibration, which is the lowest order torsion mode of tied blade structure. A satisfactory agreement is obtained between the calculation and the experiment.

タービンカスケードの振動しているブレード周囲の圧縮性非定常失速流を解析する新しい計算方法を提案した。変形FLIC(Fluid In Cell)法と命名したこの方法は、従来のFLIC法における矩形のメッシュパターンと異なる三角形の差分メッシュパターンを使用する。粘性がないオイラー方程式に基づく失速流解析において、ブレード表面の摩擦抗力をブレード表面の境界条件に考慮している。ブレード表面境界の振動は、ブレード表面での流体の通過で表現した。与えられた流れ分布からはじめた時間発展の計算は、ブレード振動数と同じ周波数成分の周期解が得られるまで繰り返した。数値計算結果を、連結したブレード構造の最低次のねじれモードであるX(sub 1)モード振動のフラッタ試験データと比較した。計算と実験の間で満足できる一致を得た。