水轮机导叶流固耦合振动特性计算

【摘要】： 水轮机蜗壳、导叶的出口流动由于各种原因实际上都是非均匀的。非均匀来流相对于导叶、叶片必然是一种非定常流。这种非定常流造成导叶和转轮叶片的激振，是产生导叶和叶片动应力，改变它们频率的最主要因素，而导叶和叶片的动力特性直接影响水轮机的稳定性。因此，为探求水轮机内部的流动规律，优化水轮机设计，为水轮机的安全稳定性运行和机组的故障诊断提供帮助。对导叶内部的流动进行流场计算和流固耦合振动特性的动力计算就显得十分必要。 本论文通过对不可压缩粘性流体的有限元方程和弹性体振动的有限元方程的分析，得到了弹性体与粘性流体流固耦合的有限元方程。运用ANSYS有限元软件计算了水轮机导叶在空气中的振动特性以及液固耦合振动的频率和振型，并对二者进行比较，分析了影响振动的因素。 通过算例表明，所采用的有限元数值模型合理，计算结果正确。