基于數(shù)值計(jì)算的混流式水輪機(jī)動(dòng)力特性分析.pdf

1、隨著水輪機(jī)單機(jī)容量的逐步提高，機(jī)組尺寸隨之增大，其剛度相對(duì)減弱，水輪機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定問題日益突顯;同時(shí)，技術(shù)的快速進(jìn)步使機(jī)組運(yùn)行的自動(dòng)化程度得到大幅提高，無(wú)人值班，少人值守，遠(yuǎn)程控制的水電廠逐步增多，對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行要求也日益嚴(yán)格。本文以混流式水輪機(jī)為研究對(duì)象，借助CFD技術(shù)，系統(tǒng)分析了水輪機(jī)內(nèi)部的流動(dòng)狀態(tài)及在不同運(yùn)行工況下的流場(chǎng)特征，并以流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算為基礎(chǔ)，對(duì)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行了流固耦合計(jì)算，得出了轉(zhuǎn)輪的模態(tài)及在耦合場(chǎng)作用下的應(yīng)力應(yīng)變情況

2、。主要內(nèi)容如下:
　　 1.在理論上系統(tǒng)研究與分析了水輪機(jī)過流流道的流體動(dòng)力學(xué)模型及數(shù)值計(jì)算方法、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)模型及數(shù)值模擬方法。借助三維造型軟件，運(yùn)用三維繪圖的逆向工程方法，繪制了水輪機(jī)的三維幾何模型及各過流流道模型，并借助網(wǎng)格劃分軟件，對(duì)水輪機(jī)計(jì)算域進(jìn)行了網(wǎng)格劃分。
　　 2.利用流場(chǎng)計(jì)算軟件對(duì)水輪機(jī)全流道進(jìn)行了定常與非定常數(shù)值計(jì)算，詳細(xì)分析了水輪機(jī)的內(nèi)部流動(dòng)特征，并在流場(chǎng)計(jì)算基礎(chǔ)上，對(duì)耦合場(chǎng)下的轉(zhuǎn)輪進(jìn)行了

3、結(jié)構(gòu)靜力學(xué)計(jì)算，分析得出了不同載荷施加方法對(duì)轉(zhuǎn)輪葉片應(yīng)力應(yīng)變情況的影響。同時(shí)，還對(duì)轉(zhuǎn)輪在不同轉(zhuǎn)速下的動(dòng)力特性進(jìn)行了計(jì)算分析，得出了不同轉(zhuǎn)速對(duì)轉(zhuǎn)輪葉片最大等效應(yīng)力的影響:葉片最大等效應(yīng)力值隨著轉(zhuǎn)速的增加而增大，其量值變化與轉(zhuǎn)速增加幅度成非線性關(guān)系，在小轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)力變化趨勢(shì)較為平緩，其量值也較小，隨著轉(zhuǎn)速的遞增，應(yīng)力及變形變化較快，對(duì)比得出，離心力對(duì)轉(zhuǎn)輪的最大等效應(yīng)力與最大變形影響較大。
　　 3.本文還分別進(jìn)行了轉(zhuǎn)輪在空

4、氣中的模態(tài)分析與考慮旋轉(zhuǎn)預(yù)應(yīng)力的耦合場(chǎng)下的模態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪模態(tài)受旋轉(zhuǎn)預(yù)應(yīng)力的耦合力場(chǎng)的影響很小。通過對(duì)振型分析，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪在低階模態(tài)時(shí)，其振動(dòng)形式以轉(zhuǎn)輪的整體振動(dòng)為主，主要表現(xiàn)在整體的擺振及上下振動(dòng);在高階模態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)輪的振動(dòng)形式演變?yōu)樯瞎?、下環(huán)及口十片的局部振動(dòng)，主要表現(xiàn)為局部的扭曲振動(dòng)及彎曲變形。同時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)輪在實(shí)際運(yùn)行中所受到的部分水力激振力頻率進(jìn)行了計(jì)算分析，并通過與轉(zhuǎn)輪在耦合場(chǎng)作用下的振動(dòng)頻率相比較，發(fā)現(xiàn)兩者差值較大，說明轉(zhuǎn)輪發(fā)生