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放空式流量调节阀的流固耦合振动研究

吴兴  
【摘要】:流体机械的流场分析技术已经十分成熟,但是其动力特性的重要性却随着事故频发而日益凸显。特别是随着大尺寸、大容量的方向发展,自身的固有频率随之降低,与干扰激振力的频率愈来愈接近,因此研究流体机械的稳定性问题变成一个十分有现实意义的问题。本文以放空阀的流固耦合振动为切入点,针对流体机械的流固耦合问题进行了有益的研究和探索,得到了一些具有工程实际意义的研究方法。 从放空式流量调节阀的现场应用出发,全面分析了放空式流量调节阀发生共振的可能性,为设计提供参考和指导;从有限元的知识和基于有限元的有限体积分出发,系统的给出了要实现流固耦合求解需要的理论知识,且结合国内外最新的算法,以综述的形式具体给出。在此基础上,给出了流固耦合的数学以及在ANSYS中实现流固耦合问题的主要方法。在数值模拟上首先探寻在空气中的放空阀的模态,然后结合计算流体动力学的分析,将数据同步传到模态分析模块求解出了流固耦合的振动模态,并进行对比,发现固有频率下降明显,更加凸显分析流固耦合固有频率的意义。对放空阀进行实物按比例缩放后,,进行不同开度下的放空试验,测得各自工况下的频率和振幅,并且按照相似准则进行换算,得到了实物的频率和振幅。将数值计算得到的固有频率逐一进行对比,发现不会发生共振,为求解流固耦合问题提出了一种新的思路。以实际工程运行经验为基础,结合数值分析中易出现气蚀的区域提出了结构改进方案,现场运行十分稳定。 以上研究构成了一套放空阀动力特性分析的完整程序和方法,同时也可独立运行,可分别进行流固耦合振动,放空阀流场分析的计算以及放空阀的综合优化设计。有关研究成果已在某水电站得到应用,并得到好评。


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