基于希尔伯特—黄变换的过闸水流脉动压力时频特性分析

平面闸门通过启闭控制蓄水和泄水，在运作时容易受水流脉动压力作用而发生破坏。为研究闸门启闭运动与过闸水流的相互作用过程，首先对不同底缘形式下的闸门启闭过程中过闸水流进行三维数值模拟，再采用希尔伯特—黄变换对过闸水流脉动压力信号进行时频特性分析，得到信号的时间—频率—幅值信息，对比分析发现在前倾45°、后倾30°的组合式闸门底缘，在闸门底部受脉动压力作用较平缓，测点能量幅值的变化差值最小，水流流态较为稳定。该研究可为平面闸门过闸水流脉动压力分析提供参考。     

过水围堰混凝土面板水流脉动压力试验研究

针对过水土石围堰泄流时水流脉动压力作用对混凝土面板稳定非常不利的问题,以功果桥围堰为例,做了多个流量下的模型试验,获得了脉动压力强度等脉动压力特征值和脉动压力功率谱图,并结合试验中出现的不同水流流态,分析了相应的脉动压力变化规律。结果表明,水流脉动压力特性与水流流态变化特性一致。     

射流簇底流消能泄水诱发场地振动特性研究

射流簇底流消能具有消能率高、低雾化影响等优点,但流态复杂,易诱发下游场地振动。通过对某大型水电站泄水下游场地振动原型监测,揭示了场地振动响应的随机分布规律、时域数字特征,利用水工模型试验,分析了场地振动频域能量分布特性,探明了振源。结果表明,场地振动过程表现为连续型平稳随机振动并伴有冲击特征;场地振动主频为0.5~3.0Hz,与消力池水流脉动主频基本一致;水流脉动荷载为场地振动的振源,为振动量预测及减振抑振措施提供了参考依据。     

高水头平面闸门流激振动的数值模拟

针对高水头下平面闸门在启闭过程中受水流脉动压力作用可能引起强烈振动而容易发生破坏的问题,以某水电站导流底孔中工作闸门为例,采用势流体流固耦合理论,利用ADINA有限元软件建立水体—闸门流固耦合模型,通过输入水力学模型试验实测脉动压力时程曲线,计算分析了闸门局部开启时的流激振动特性,获得了闸门振动应力、位移、速度、加速度等分布规律,并根据闸门相关振动控制标准,判断出该闸门结构振动较轻微,满足标准要求。     

大型水工弧形钢闸门流激振动物理模型—数值模型计算分析

针对大型弧形闸门在局部开启过程中因受水流脉动压力而导致的振动问题,以某水利枢纽弧形工作闸门为例,通过建立闸门有限元模型,计算了在考虑流固耦合影响下闸门的自振特性,并与模型试验测得的脉动压力特性进行对比,发现闸门发生共振的可能性不大。在模型试验测得的水流脉动压力的基础上,利用随机振动方法计算出闸门在典型水位不同开度下流激振动应力响应和位移响应。根据计算分析结果对大型弧形闸门的振动安全进行评价,并对闸门的安全运行调度提供合理的建议。     

水工结构流激振动响应计算方法

为计算方便,将作用在结构上的水动力荷载分解为两部分,即由水流紊动而产生的水流脉动压力和由结构振动引起附加扰动流场而产生的动水压力。计算时用定义在频域上的相干函数来分析模型试验测得的脉动压力在各个节点之间的时空相关性,同时考虑了脉动压力在不同频率分量上相关程度的不同,形成脉动水流的节点荷载,基于此建立了模型实验和数值计算相结合的水工结构流激振动响应计算方法,并以双口渡砌石拱坝为例进行了算例分析,对其溢流坝面高速脉动水流对坝体的影响进行了研究。计算结果表明,该方法能够较好地满足工程分析的要求,可以应用于其他水工建筑物的流激振动响应分析中。     

大型灯泡贯流泵站全流道非定常湍流数值模拟

针对大型灯泡贯流泵为泵站振动的主要水力激振源,为分析研究流激振动产生的机理,应用不可压缩的连续方程、Reynolds平均的N-S方程和RNG κ-ε双方程湍流模型,模拟了大型灯泡贯流泵全流道三维非定常湍流流动,并采用滑移网格技术模拟机组内部的动静干扰,获得了流道内的流速与压力分布规律,通过对监测点的压力脉动时程作傅里叶变换获得流道内压力脉动的频谱特性,为泵站结构振动问题研究提供依据.     

叶片锯齿前缘控制流动分离的数值研究

针对锯齿前缘结构调控叶片近壁面流场特性,以NACA0018叶片为对象,采用大涡模拟方法研究不同锯齿前缘结构对叶片近壁面流场的影响机制。获得了来流速度为30 m·s^-1、雷诺数为513 440、0°攻角下叶片近壁面流场分布特性。分析了锯齿前缘和叶片前缘和尾缘处压力脉动及分离涡的影响。数值结果表明：对正弦波齿而言,随着振幅的增大,在波谷处的小涡开始向前缘移动,整体上小尺度涡增多,前缘近壁面压力脉动增大,尾缘近壁面压力脉动减小;对叠加波形齿而言,尾迹涡进一步破碎,厚度变薄,叶片表面出现破碎的小尺度涡,在尾缘处叶片压力脉动幅值下降最为明显,且未出现明显的窄带尖峰。     

动叶可调轴流风机瞬态流动及压力脉动特性

以OB-84型动叶可调轴流风机为研究对象,将定常计算所得流场作为非定常计算的初场,模拟了风机内部各监测点处的压力脉动及瞬态流场特性.结果表明:不同监测点的压力信号均呈周期或类周期波动,其压力脉动强度随体积流量增大呈减小趋势,最大压力脉动强度位于叶顶间隙处;各监测点均在叶片通过频率处出现最高时频分布幅值,改变体积流量仅影响时频分布数值;随体积流量增大,10%叶高截面上的平均湍动能水平提高,而叶轮出口截面上的高压区向轮毂方向移动;随时间延长,叶片尾缘处和相邻叶片间的湍动能增强;叶轮旋转过程中,叶轮出口截面上的高压区在机壳与轮毂间呈现往复运动的现象.     

不同流量下高速离心泵压力脉动特性分析

为掌握高速离心泵内压力脉动变化规律及其脉动源,采用CFX软件对其内部流场进行数值模拟,分析其不同监测点在0.4Qd~1.2Qd(设计流量)的压力脉动特性。研究表明:蜗壳与隔舌的动静干扰是主要的压力脉动源,且在叶轮出口处压力波动幅值最大,其主要频率为叶片通过频率;吸力面的压力要比压力面小,压力面在叶频附近的波动变化区域较大;流量在0.6Qd及以下时,整体压力幅值变化较其他流量时更为剧烈;压力脉动沿流道方向向下游扩散段传递,在蜗壳出口处压力值最小;大流量下的流线较为平滑,而小流量下流线变得紊乱,流量越小流线的扭曲就越严重。     

某深孔平面钢闸门失事原因分析

针对某水电站深孔平面钢闸门在运行过程中损坏的问题,考虑流固耦合作用,建立闸门与水体三维有限元模型,分析了闸门自振特性及动力响应,探讨了闸门失事原因。结果表明,闸门的一阶频率与水流脉动主频较接近,有发生共振的可能;动水作用下,闸门部分构件出现了较大的位移与应力,超过了规范容许最大值。闸门失事可能由振动破坏、强度破坏等原因导致,研究结果为平面钢闸门的工程设计和应用提供了参考。     

某200MW混流式水电机组运行稳定性试验和分析

水力发电机组在运行过程中,可能存在振动、摆度及压力脉动等运行不稳定因素。为掌握某水电厂混流式机组运行稳定性情况,在典型水头下对其进行变负荷真机试验。试验发现,在小负荷区振动摆度平均峰峰值较大,主频信号为2.50Hz的转频;在低中负荷区压力脉动平均峰峰值较大,主频信号为0.63Hz的低频涡带频率;在大负荷区内,振动摆度及压力脉动均趋于平缓,且幅值较小,运行稳定性最佳。试验表明,机组整体运行稳定性良好。     

灯泡贯流式水轮机在小流量工况下的内流特性分析

为了研究灯泡贯流式水轮机在小流量工况下的内流特性,以某水电站贯流式水轮机为研究对象,利用RNG k-ε湍流模型对全流道进行数值计算,分析在小流量工况下尾水管恢复系数和全流道流动情况,并定量分析水轮机部分过流部件的压力脉动情况。结果表明：在小流量工况下当电站水头和导叶开度不匹配时,尾水管的恢复系数减小,当尾水管恢复系数减小2%~3%时,机组效率降低1%;受转轮主流区和尾水管死水区的相互作用,在尾水管边壁会形成漩涡结构,有明显的回流且在边壁存在高速流体;在小流量工况下,机组主要受低频压力脉动影响,转轮进口处的主频是由在转轮转动和导叶提供机组环量时产生的,在尾水管中主要受频率为0.2 Hz的低频压力脉动影响,压力脉动系数沿尾水管出口方向依次增大,最大为1.75%。     

Rudbar水电站深孔平面闸门自振特性研究

为研究水体对闸门自振特性的影响程度,采用ADINA势流体单元模拟水体,建立了闸门-水体的整体耦合分析模型,采用流固耦合法计算闸门自振频率。结果表明,水体对闸门的自振特性影响较大,闸门运行和检修时的自振频率和振型有显著变化;闸门不同开度对闸门自振特性影响相对较小,随着开度的增大,闸门的自振频率逐渐提高。     

燕尾坎挑流消能噪声的影响因素分析

通过燕尾坎挑流消能的水工模型试验,测量了某重力坝泄洪过程中产生的噪声强度,分析了测点位置、流量、闸门开启方式与噪声强度的关系。基于相似原理,把噪声强度结果换算到原型,从频率和等效声级两方面分析了水流噪声对库区居民和动物的影响。结果表明,水流噪声主频位于低频段,噪声强度最大值出现在32、40Hz频率处。流量和闸门开启方式相同时,挑坎末端断面附近低频噪声强度最大,挑流水舌进入水垫塘区域的高频噪声强度最大。闸门开启方式不变,流量越大,各测点对应频率的噪声强度越大。流量不变,开启孔数越多,各测点的噪声强度越大。调整运行调度方式,可以在一定程度上降低噪声强度。该结果可为分析水利水电、防洪、景观工程水流噪声的特性和减缓水流噪声的不利影响提供技术支持。     

深层隧道竖井流激振动响应分析

针对某深隧工程中竖井结构因受水流脉动压力产生的流激振动响应问题,采用物理模型-数值计算联合方法构建竖井消能工三维有限元模型,通过对竖井消能工的流固耦合有限元计算,得出竖井消能工在不同流量工况下的自振特性,将试验测得脉动压力进行频谱分析得到优势频率,并与自振特性进行对比分析;采用随机振动法算出水流脉动压力作用下的动力响应,通过对比不同厚度的消能工台阶动力响应结果确定最优尺寸。结果表明,推荐方案竖井体型与水流发生共振的可能性不大,且振动量微小,因此从经济角度可考虑适当减小消能工台阶厚度。     

1000MW级核主泵内部非定常流动特性

为了对1000 MW核主泵内部流场进行深入分析,应用商业计算软件CFD对核主泵进行了非定常数值模拟,得到主泵内部压力脉动特性。结果表明:核主泵内部压力脉动呈现周期性变化,叶轮叶片对流体的影响频率为转频f=24.2 Hz的整数倍及其谐波;在叶轮内脉动幅度从叶片前缘到后缘逐渐增加,而在导叶内从叶片前缘到后后缘逐渐减小,在泵壳内变化相对较小;不同工况下,脉动幅值在额定工况下最小,在小流量工况时最大,并且偏离额定流量越多,压力脉动越严重。