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水轮机流道流固耦合振动数值模拟

韩文虎  
【摘要】:无论是在学术还是工程领域流固耦合振动问题是目前一个世界性难题。对流固耦合振动问题的深入研究,从而避免结构和流体耦合所诱发的共振。采用现代数值方法,准确的模拟复杂流场流动和结构振动对流场的影响以及非定常流动对结构的激励作用,对于避免流体诱发的共振从而提高结构的可靠行和安全性有重要意义。混流式水轮机的转轮则是运动部件,是整个水轮机的核心部件,当激励涡频和水轮机自振频率吻合而产生共振。所以,水轮机转轮部件进行流体-固体耦合计算对于了解水力振动机理,避免水力共振,确保机组安全稳定运行具有重要意义。 本论文主要研究的内容如下: (1)实现同步迭代强耦合方式,并和弱耦合方式计算结果比较,分析各自耦合方式的优越性,用一算例加以验证。 (2)采用k-ε流体求解对椭圆扰流下的薄板受激励振动研究,验证耦合方法的可行性和有效性。采用大涡模拟作为流体求解器,对固定导叶扰流脱落涡对活动导叶的激励振动进行研究。 (3)全流道和转轮叶片耦合计算,监控叶片上各点的振动情况,分析整个流道的湍流情况,对转轮叶片耦合振动分析其叶片变形和振动较大的值,从而预测水轮机的非稳定现象。 (4)在小流量工况下,分析尾水管的流动,观察涡带的随时间的演化。


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