基于雙向流固耦合的貫流式水輪機(jī)動(dòng)力特性數(shù)值模擬.pdf

1、近年來，隨著機(jī)組容量及尺寸的不斷增大，水輪機(jī)機(jī)組整體剛度的下降，水力振動(dòng)及葉片裂紋等穩(wěn)定性方面的問題越來越突出，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到電站的安全運(yùn)行。為此，文中采用兩種耦合計(jì)算策略對(duì)某電站貫流式水輪機(jī)的一槳葉開度下三種不同導(dǎo)葉開度工況，進(jìn)行了三維非定常耦合數(shù)值計(jì)算。旨在揭示耦合作用對(duì)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部非定常流動(dòng)及轉(zhuǎn)輪葉片結(jié)構(gòu)應(yīng)力及變形位移分布的影響。
　　本文首先分別對(duì)轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)行空氣和水中的模態(tài)計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果與水輪機(jī)各種水力激振源的頻率進(jìn)行對(duì)

2、比分析，結(jié)果表明：考慮水體的作用后，各階固有頻率值都有不同程度的下降，振型基本一致；同時(shí)得出文中流固耦合非定常數(shù)值計(jì)算過程中，流體域和固體域之間主要影響的變量為變形位移。其次，對(duì)考慮耦合作用前后的貫流式水輪機(jī)進(jìn)行非定常數(shù)值計(jì)算，分析耦合作用對(duì)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部非定常流場(chǎng)的影響。研究結(jié)果表明，考慮耦合作用后，各個(gè)工況下的水頭與耦合前相比都有不同程度地下降，從轉(zhuǎn)輪進(jìn)出口軸向速度的分布來看，耦合作用僅對(duì)轉(zhuǎn)輪葉片出口靠近輪緣位置有較為明顯的影響，且耦合后

3、葉片正背面壓力差有所降低，轉(zhuǎn)輪的水力性能有所下降。最后，采用單向和雙向耦合數(shù)值計(jì)算方法對(duì)轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行求解。結(jié)果表明，兩種耦合計(jì)算策略下，葉片最大等效應(yīng)力均出現(xiàn)在葉片與樞軸法蘭聯(lián)接位置，葉片出水邊靠近輪緣處變形位移最大。最大等效應(yīng)力和變形位移值差異也比較小。但通過兩種耦合策略計(jì)算得到的最大等效應(yīng)力及變形位移的主頻有所不同，雙向耦合計(jì)算得到的主頻較單向耦合計(jì)算的結(jié)果都有所下降。該研究為實(shí)際工程中準(zhǔn)確地進(jìn)行轉(zhuǎn)輪的水力性能預(yù)估和葉片結(jié)構(gòu)在水