转子是许多旋转机械的核心部件,其安全运行直接影响到涡轮等设备的正常使用。微机电系统(MEMS)技术的不断发展,发动机的小型化成为一种趋势,微型发动机具有结构小、转速高、重量轻等特点。随着旋转机械工作转速的不断提高,气体流动所诱发的激振力也越来越大,气流激振导致的问题也越来越严重。叶轮一旦出现失稳,最终会影响涡轮转子系统的安全运行。本文通过改变涡轮轮转子的偏心距与边界条件,重点研究了气流激振力与涡轮转子不平衡共同作用下,涡轮转子偏心对激振力和气动性能的影响。主要开展了如下工作:第一,建立Alford力与转子不平衡作用下的系统运动模型,并对转子系统进行稳定性分析。利用龙格库塔法数值计算仿真对运动方程求解,绘制系统频域图、轴心轨迹图等,然后分析偏心量、转速对系统特性的影响。并采用优化后的激振力计算公式,分析了进气角度、流体工质密度等主要因素对气流激振力大小影响。第二,基于转子系统的轴心轨迹图,利用FLUENT对转子系统二维流场进行仿真。分别对不同转速、不同质量流量时,涡轮转子静偏心和动偏心等多种工况下的内流场变化进行分析。涡轮转子运动过程中的二维非定常流场进行分析计算,并求得涡轮转子的受力曲线。通过分析相关气动参数云图和时域变化曲线,来说明在不同偏心量和运行工况下,转子偏心对涡轮转子内流场和气动性能的影响规律。第三,基于CFD仿真结果,分别从时域和频域两个方面分析Alford力与转子不平衡的影响。利用内流场仿真结果,积分得到转子中叶片的受力情况,探讨力信号的周期性等特点。再通过快速傅里叶变换,将力信号转换到频域,得到力信号频谱图,分析了在气流激振力、转子不平衡等情况下的内流场频域特性,采用仿真手段来验证转子不平衡故障的特征频率。通过分析可知:(1)对于静偏心模型而言,涡轮转速越大、偏心量越大、质量流量越大,气流激振力越大;(2)在计算机资源有限的情况下,优先选择静偏心模型进行计算,对计算精度要求高的则可以考虑采用动偏心模型进行计算;(3)偏心对叶片受力的影响主要集中在基频附近,应合理控制基频处的受力幅值,避免叶片的疲劳损坏,延长叶片使用寿命。