Determination of aerodynamic damping at high reduced frequencies

Forced response which is blade vibration due to an external excitation can lead to blade failure. The estimation of the level of vibration is dependent on the determination of aerodynamic damping. This thesisinvestigates the determination of aerodynamic damping at high reduced frequencies in turbomachines. The aerodynamic damping was calculated by a linearized Navier-Stokes flow solver with exact 3D non-reflecting boundary conditions. The method was validated using the two-dimensional test cases (Standard Configuration 5 and 8). Thereafter, two 3D profiles were also investigated: an aeroelastic turbine rig (AETR) which is a subsonic turbine case, and a virtual integrated compressor (VINK) which is a transonic compressor case. In AETR case, the first bending mode with reduced frequency 2.0 was studied. The 3D acoustic modes were calculated and the rate of decay was plotted as a function of nodal diameter and radial order. This plot identified six acoustic resonant points which included two points corresponding to the first radial order. The six resonance points correspond to six peaks in the damping curve. In VINK case, the fifth mode (1854 Hz, reduced frequency 3.1) was investigated. Acoustic resonance was predicted to occur for the first and second radial orders at the inlet. It was concluded that the higher order resonance points are influencing the damping curve. There were some inconsistencies in the results and grid convergence was not achieved. These inconsistencies were due to the difficulty in calculating the acoustic modes at the transonic inlet with an impinging shock.Aerodynamiskt påtvingade vibrationer, som är bladvibrationer på grund av en extern excitation kan leda till haveri. Prediktering av vibrationen är beroende av bestämning av aerodynamisk dämpning. I detta arbete undersöks bestämningen av aerodynamisk dämpning vid höga reducerade frekvenser i turbomaskiner. Den aerodynamiska dämpningen beräknades genom en linjäriserad Navier-Stokeslösare med exakta 3D icke-reflekterande gränsvillkor. Metoden validerades med hjälp av de tvådimensionella testfallen (Standardkonfiguration 5 och 8). Därefter undersöktes två 3D-profiler: en aeroelastisk turbinrigg (AETR), som är en subsonisk turbinenhet och en virtuell integrerad kompressor (VINK) som är ett transoniskt kompressorfall. I AETRfallet undersöktes det första böjningsformen med reducerad frekvens 2.0. 3D akustiska lägen beräknades och graden av förfall visades som en funktion av noddiameter och radiell grad. Denna metod identifierade sex akustiska resonanspunkter som innehöll två punkter som motsvarade den första radiella graden. De sex resonanspunkterna motsvarar sex toppar i dämpningskurvan. I VINK-fallet undersöktes den femte svängningsformen (1854 Hz, reducerad frekvens 3.1). Akustisk resonans förutspåddes inträffa för första och andra radiella graden vid inloppet. Slutsatsen drogs att de högre ordningens resonanspunkter påverkar dämpningskurvan. Det fanns vissa inkonsekvenser i resultaten och gridkonvergens uppnåddes inte. Dessa inkonsekvenser berodde på svårigheten att beräkna de akustiska svängningsformerna vid det transoniska inloppet med en stötvåg