基于流固耦合的混流式水轮机转轮静应力特性分析

近年来，国内外一系列大型水轮发电机组频繁发生转轮叶片投产后短期内出现穿透性裂纹问题，对机组安全稳定运行构成了威胁。长期以来人们一直在寻找由于水力激励引起转轮叶片应力特性的计算方法。本文首先对混流式水轮机全流道内流场进行了多工况的CFD计算，得到不同工况下转轮叶片表面水压力载荷，并利用顺序流固耦合方法对转轮在各种工况下的应力特性进行计算。结果表明在大部分工况下该转轮叶片最大静应力基本上与水轮机功率成线性关系。本文计算结果可为其它水轮机转轮的应力特性分析及转轮疲劳裂纹分析提供参考。     

基于流固耦合的混流式水轮机转轮应力特性分析

本研究采用顺序流固耦合方法,计算了某设计中的混流式水轮机转轮在不同水头下发额定出力时的静应力分布,以及设计最高水头额定出力工况下的动应力特性。静应力计算的结果表明：最大应力出现在叶片出水边与上冠连接处,并且随着水头增高,静应力最大值有减小趋势。动应力的计算结果表明：设计的转轮,动应力的幅值满足稳定运行的要求。     

涡带工况下混流式水轮机转轮动应力特性分析

近年来,国内一些大型混流式转轮出现了不同程度的裂纹问题,对机组安全运行构成了威胁。研究表明,水力激励引起的混流式水轮机转轮叶片动应力是引起叶片疲劳破坏的主要原因之一。文中首先对高水头小负荷的涡带工况下混流式水轮机内流场进行非定常CFD计算,得到涡带工况下叶片表面不同时刻的水压力载荷,并利用流固耦合方法对转轮进行结构场瞬态特性计算,分析转轮叶片的动应力特性。结果表明由于水压力脉动引起的转轮叶片上的振动交变动应力是混流式水轮机疲劳破坏的主要原因之一。计算结果可为其它水轮机转轮的动应力特性分析和疲劳分析提供参考。     

偏负荷工况混流式水轮机转轮结构稳定性研究

为探究偏负荷运行工况下混流式水轮机转轮结构稳定性,本文基于单向流固耦合方法,对三种典型偏负荷工况下转轮结构进行了静力学分析和模态分析.结果表明:受不稳定水流影响,80％、60％和40％负荷工况下,较大变形分别位于转轮下环、叶片出水边中部以及叶片迎水刃处中部.预应力对转轮结构影响较小,其导致固有频率增加1 Hz左右;而水...     

基于流固耦合压缩机吸排气压力管路的模态分析

为了研究压缩机吸排气管压力对管路模态的影响,提高空调管路模态分析的准确性,以某型号压缩机管路为对象,采用流固耦合的方法,对充压前后的吸排管进行模态仿真分析。结果表明:吸排气管内的预压力提高了吸排气管的刚度,吸排气管相同振型的固频有不同幅度的提高,故进行管路模态分析时应该考虑吸排气压力的影响。     

混流式水轮机转轮自振特性研究

在实测转轮叶片及转轮固有频率的基础下,运用有限元法对混流式转轮叶片及其整体进行模态分析,求出了单个叶片和转轮的各阶固有频率。通过计算值与实测结果的对比发现,单叶片计算结果和实测值吻合的较好。在转轮频率实验测试发现,不同支撑方式和不同测点下得到的转轮频率有一定差别。通过对比分析,验证了计算方法的准确性,这对于应用有限元法准确计算转轮频率,以及预测过流部件中由于水力不稳定而产生的各激振力频率是否会引起机组的振动甚至共振有积极意义。     

基于双向流固耦合的水轮机转轮动态特性研究

由于结构及流固耦合的复杂性,一直很难准确模拟水轮机转轮的动应力状态。利用双向流固耦合的方法,求得了水轮机转轮的动应力,得到了转轮运行中动应力的变化幅值。通过对结果的分析发现转轮应力和变形近似做周期变化,且周期和叶片与导叶个数有关。通过这种方法求出动应力后即可较准确预测转轮疲劳强度,也可对转轮在各个工况下动应力进行模拟,避免机组在转轮动应力较大的工况长期运行。同时对转轮固有频率及振型进行对比研究。相比在空气中,在水压力及离心力载荷作用下,转轮的固有频率下降约1%,这是由于水电机组刚度较强的原因,而在静水中下降较多。     

混流式水轮机转轮的动力学研究

混流式水轮机转轮是重要的水下旋转部件。由于水力不稳定流场的激励作用,使叶片产生动应力而容易引起疲劳破坏。在分析其原因时,转轮动态特性的研究是必不可少的。本文通过振动相似分析物体在空气中和液体中的相似关系,以及转轮在空气中的模态分析,进而分析转轮在水中的动态特性。     

负荷调节过程中的混流式转轮流固耦合计算

近年来,国内一些大型混流式转轮出现了不同程度的裂纹问题,有关研究认为转轮工作过程中的动应力值偏大是引起转轮疲劳产生裂纹的主要原因。引起转轮产生动应力的水力原因很多,本文分析了负荷调节过程中的转轮动应力特性。采用Newmark算法,进行了某混流式转轮的瞬态流固耦合计算。计算发现较大应力区与实际裂纹出现的部位基本一致,但最大静应力远小于叶片的极限破坏应力。在负荷调节过程中,叶片应力集中区承受的动应力可达45MPa左右,比以前估计的经验值要大。结果表明负荷调节过程中动应力值过大也是叶片过早产生裂纹的水力原因之一。     

混流式原型水轮机的三维湍流计算

本文通过混流式原型水轮机全流道的三维定常和非定常湍流计算，预估了水轮机的能量性能、空化特性和压力脉动特性。计算以N—S方程为基础，基于贴体坐标和交错网格划分，对控制方程进行变换和离散。采用SIMPLEC算法实现速度、压力变量的分离求解。非定常湍流计算应用了RNG的k—ε模型。     

并网永磁直驱式风电系统的模态分析

为研究永磁直驱风电系统（PMSG）并网后自身的稳定性问题,进行了并网风电系统的模态分析。建立了适用于系统小扰动稳定分析的PMSG风电系统模型,研究了并网风机无穷大系统的模式特性。采用特征值法分析了轴系模型、轴系刚性参数、运行点、并网距离对并网风电系统模式的影响。并在PSCAD/EMTDC上建立了相应的非线性模型,利用Prony方法对输出功率曲线进行模式识别,验证了模态分析结论。研究从模态分析的角度说明了轴系双质块建模的重要性,以及上述参数对并网PMSG稳定性影响的相关结论,结果有助于了解并网PMSG风电系统稳定性问题的本质。     

混流式水轮机三维非定常湍流计算

本文完成了混流式模型水轮机全流道的三维非定常湍流计算。以N S方程为基础 ,补充以湍流模型并通过有限体积对控制方程进行离散 ;数值求解采用SIMPLEC算法 ;分别对标准k ε湍流模型和重整化群 (RNG)k ε湍流模型进行了比较计算     

混流式水轮机的三维空化湍流计算

本文应用了三维混合流体完整空化湍流模型,对混流式水轮机内部流动进行了计算.采用了全三维全流道的湍流计算方法,采用基于RNG的k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,从蜗壳进口到尾水管出口,包含所有流道在内的整体一次完成模拟计算.根据得到的三维空化流场数据,对转轮内部流场进行了流场分析,求得了计算临界空化系数,和试验值进行了比较;模拟了不同空化特征下的转轮出口处的空化和尾水管中的空化情况,并和试验数据进行了比较.     

基于CFD的长短叶片水轮机压力脉动研究

以长短叶片混流式水轮机三维定常湍流计算结果作为非定常湍流计算初始条件,结合混流式水轮机湍流流动进行全流道三维非定常模拟研究。通过在蜗壳进口、固定导叶及活动导叶前、转轮前和尾水管截面测点压力脉动及频谱分析,得出长短叶片混流式水轮机内压力脉动产生和传播的部分规律。