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《西安理工大学》 2006年
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混流式水轮机转轮流固耦合的动力特性分析

徐斌  
【摘要】: 水轮机转轮流固耦合的动力特性研究对水轮机的优化设计、稳定运行等都有重要的理论与实际意义。本文主要研究了混流式水轮机转轮叶片的刚强度、模态和转轮变形后对流场的影响。 (1)创建了混流式水轮机转轮的三维实体模型,并通过数据接口导入到CFD流动分析软件CFX和刚强度分析软件ANSYS中,建立了混流式水轮机转轮的计算域。 (2)利用CFX软件,基于N-S方程和标准k ?ε紊流模型进行转轮内部流场计算,采用分段计算的方法,获得了混流式水轮机转轮的流场分布。利用APDL语言将混流式水轮机转轮上的流场压力值加载到ANSYS软件中的转轮上,以最少误差值的形式实现两者的数据传递。通过CFD流动分析获得了转轮不同工况点的应力值,在此基础上对转轮进行刚强度分析,研究表明:转轮中最大等效应力均出现在叶片的出水边与上冠和进水边与下环的连接处,在该部位应力的变化梯度较大,易于发生疲劳破坏;转轮叶片变形最大的部位是叶片的出水边与下环的连接处,且从上冠到下环逐渐变大,即此部位就是叶片振动的敏感区域。随着导叶开度即单位流量和单位转速的增大,转轮叶片应力发生较大变化。 (3)通过对不同直径转轮的叶片进行激振试验,测量各测点的频率响应,从而得到模态参数。实验测量了混流式水轮机转轮叶片的频率,结果表明:叶片的固有频率与转轮的大小及质量分布有很大关系。为了研究叶片和转轮的振型,采用ANSYS软件对混流式水轮机转轮进行了振动模态分析,研究结果表明:转轮的低频振型主要表现为下环和叶片绕主轴的扭振和摆动,是分析转轮叶片动应力的应力分布的重要动态参数;高频振型主要表现下环扭曲振动为主。 (4)将通过刚强度分析变形后的转轮模型重新输入到CFX软件中,构造出新的模型从而达到真正意义上的流固耦合。比较水轮机内部变形前后的流动分布,可以发现转轮变形后对流场压力、速度的影响十分的明显,使得尾水管内紊动加剧,空化区增大。
【学位授予单位】:西安理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TK733.1

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【引证文献】
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