基于數(shù)值計(jì)算混流式水輪機(jī)動(dòng)力特性的分析論文

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1、IIMIIlllIIHIIIIIIIIllIIIIIIlY2281260ADissertationSubmittedto——————HebeiUniversityofEngineeringFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringDynamicCharacteristicStudyofFrancisHydroTurbineBasedonNumericalAnalysisCandidate：LiuboSupervisor：Prof．ShiXiangzhongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineering，j，％fe

2、rconservancyandspeclany：Hydroelectricityengijeeringsch。。1／Department：主潞三P。囊r眥枷沁s枷HebeiUniversityofEngineeringJune，2013獨(dú)創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果，也不包含為獲得塑蘭墾墨堡盤堂或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過(guò)的材料。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承

3、擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：初。伏簽字日期：勱l辭珀四日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解泣蘭墾三猩盤鱟有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)塑皇墾三堡盤堂可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子文檔。(保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說(shuō)明)學(xué)位論文作者簽名：易叨代茹簽字日期：沙I弓年r月t‘7日導(dǎo)師簽名：％春羊鐘簽字日期：洳1]年f，月功日摘要隨著水輪機(jī)單機(jī)容量的逐步提高，機(jī)組尺寸隨之增大，其剛度相對(duì)減弱，水輪機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定問(wèn)題同益突顯；同時(shí)，技術(shù)的快速進(jìn)步使機(jī)組運(yùn)行的自

4、動(dòng)化程度得到大幅提高，無(wú)人值班，少人值守，遠(yuǎn)程控制的水電廠逐步增多，對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行要求也日益嚴(yán)格。本文以混流式水輪機(jī)為研究對(duì)象，借助CFD技術(shù)，系統(tǒng)分析了水輪機(jī)內(nèi)部的流動(dòng)狀態(tài)及在不同運(yùn)行工況下的流場(chǎng)特征，并以流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算為基礎(chǔ)，對(duì)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行了流固耦合計(jì)算，得出了轉(zhuǎn)輪的模態(tài)及在耦合場(chǎng)作用下的應(yīng)力應(yīng)變情況。主要內(nèi)容如下：1．在理論上系統(tǒng)研究與分析了水輪機(jī)過(guò)流流道的流體動(dòng)力學(xué)模型及數(shù)值計(jì)算方法、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)模型及數(shù)值模擬方法。借助三維造型軟件，運(yùn)用三維繪圖的逆向工程方法，繪制了水輪機(jī)的三維幾何模型及各過(guò)流流道模型，并借助網(wǎng)格劃分軟件，對(duì)水輪機(jī)計(jì)算域進(jìn)行了網(wǎng)格劃分。2．利用流場(chǎng)計(jì)算

5、軟件對(duì)水輪機(jī)全流道進(jìn)行了定常與非定常數(shù)值計(jì)算，詳細(xì)分析了水輪機(jī)的內(nèi)部流動(dòng)特征，并在流場(chǎng)計(jì)算基礎(chǔ)上，對(duì)耦合場(chǎng)下的轉(zhuǎn)輪進(jìn)行了結(jié)構(gòu)靜力學(xué)計(jì)算，分析得出了不同載荷施加方法對(duì)轉(zhuǎn)輪葉片應(yīng)力應(yīng)變情況的影響。同時(shí)，還對(duì)轉(zhuǎn)輪在不同轉(zhuǎn)速下的動(dòng)力特性進(jìn)行了計(jì)算分析，得出了不同轉(zhuǎn)速對(duì)轉(zhuǎn)輪葉片最大等效應(yīng)力的影響：葉片最大等效應(yīng)力值隨著轉(zhuǎn)速的增加而增大，其量值變化與轉(zhuǎn)速增加幅度成非線性關(guān)系，在小轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)力變化趨勢(shì)較為平緩，其量值也較小，隨著轉(zhuǎn)速的遞增，應(yīng)力及變形變化較快，對(duì)比得出，離心力對(duì)轉(zhuǎn)輪的最大等效應(yīng)力與最大變形影響較大。3．本文還分別進(jìn)行了轉(zhuǎn)輪在空氣中的模態(tài)分析與考慮旋轉(zhuǎn)預(yù)應(yīng)力的耦合場(chǎng)下的模態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)

6、轉(zhuǎn)輪模態(tài)受旋轉(zhuǎn)預(yù)應(yīng)力的耦合力場(chǎng)的影響很小。通過(guò)對(duì)振型分析，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪在低階模態(tài)時(shí)，其振動(dòng)形式以轉(zhuǎn)輪的整體振動(dòng)為主，主要表現(xiàn)在整體的擺振及上下振動(dòng)；在高階模念時(shí)，轉(zhuǎn)輪的振動(dòng)形式演變?yōu)樯瞎?、下環(huán)及葉片的局部振動(dòng)，主要表現(xiàn)為局部的扭曲振動(dòng)及彎曲變形。同時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)輪在實(shí)際運(yùn)行中所受到的部分水力激振力頻率進(jìn)行了計(jì)算分析，并通過(guò)與轉(zhuǎn)輪在耦合場(chǎng)作用下的振動(dòng)頻率相比較，發(fā)現(xiàn)兩者差值較大，說(shuō)明轉(zhuǎn)輪發(fā)生共振的可能性較小。關(guān)鍵詞：混流式水輪機(jī)；CFD；數(shù)值計(jì)算；流固耦合；振動(dòng)特性AbstractWiththeincreasingofthehydraulicturbineunitcapacity,theunitsizei

7、ncreases．a(chǎn)ndthestiffnessisrelativelyweaker,whichisaseriousthreattothesafeoperationofpowerstation·Andthesametime，duetotherapiddevelopmentoftechnology,automationdegreeofunitoperationishigher．Sotherearem