《基於時間序列的流固耦合計算方法研究》是依託哈爾濱工業大學，由張廣輝擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於時間序列的流固耦合計算方法研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張廣輝
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
流固耦合算法主要有全耦合、弱耦合及強耦合。全耦合算法由於其高度非線性而僅限於簡單問題的求解。弱耦合算法單獨計算流場及結構變數，將當前時間步的結構變數作為已知，直接代入求解下一時間步的流場變數，該算法雖簡單，但流場及結構變數求解過程中存在時間差，導致算法精度較低。強耦合算法引入預測運算元，預測流場及結構變數，但由於流場計算格式複雜並且預測運算元的選擇困難，往往會使預測結果偏差較大而降低效率。本課題針對強耦合算法效率偏低、預測運算元選擇困難的問題，提出通過時間序列自回歸滑動平均模型及非線性點模型預測結構變數的流固耦合算法，並利用下一時間步的計算結果校正預測值，給出高效、準確的預測運算元及校正模型。研究不同時間序列模型在流固耦合算法中的建模方法；研究該算法的計算複雜性與計算穩定性；基於該算法研究氣體軸承-轉子系統流固耦合振動引起的渦動失穩問題。
結題摘要
本項目以流固耦合算法為研究對象，研究了基於時間序列預測的流固耦合算法模型，給出了該耦合算法的複雜性和穩定性，並獲得了基於時間序列預測的氣體軸承轉子系統流固耦合振動特性。本項目按照課題申請書的研究計畫開展相應的研究工作，完成了研究計畫規定的研究內容。 課題取得如下研究成果：針對氣體軸承-高速轉子系統在運行中存在低頻渦動現象，揭示其本質為氣體軸承潤滑介質的氣體動力學方程與描述轉子彈性體運動的動力學方程之間的流固耦合問題。在氣體潤滑方程的瞬態流場求解方法和轉子系統的瞬態動力學計算方法上，採用變方向隱式方法計算氣體軸承間隙的瞬態流場，並將其與彈性轉子運動學方程耦合求解；針對耦合求解中，氣體潤滑瞬態雷諾方程和轉子運動方程不能同步求解的問題，提出了基於自回歸滑動平均預測模型和非線性點預測模型的流固耦合算法，給出了相應的建模方法。研究了氣體軸承轉子系統動力學特性的統計學特徵，進而給出了基於時間序列的流固耦合算法特性，進而獲得了氣體軸承-轉子系統的非線性動力學特性。通過仿真給出了ARMA預測模型中參數對模型殘差和白噪聲的影響規律，並獲得了非線性點預測模型中參數對初值敏感度和噪聲放大因子的影響規律。研究表明，ARMA預測模型和非線性點預測模型中模型參數對流固耦合算法的效率影響較大，當轉子振動幅值趨於穩定後，上述兩個算法的精度趨於一致。在高速氣體軸承-轉子系統實驗台上，進行轉子軸承系統動力學特性實驗。通過對比低頻振動發生的轉速，驗證了耦合求解建模及研究方法的正確性，並進一步給出了軸承結構參數對低頻振動發生轉速的影響規律。
