基于流固耦合的水轮机振动分析

第1期(总第26期) 2008年1月 溢体秸动与控副 nuidPower1hnsmissionandControl No．1(SerialNo．26) Jan．2008 基于流固耦合的水轮机振动 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 术 刘德民1 刘小兵1 李娟2 (1．西华大学能源与环境学院四川成都610039；2冲国地质大学人文经管学院北京100083) 摘要：在流固耦合的基础上，对某一混流式转轮进行了振动分析，得出了叶片和转轮在空气中和水中的振型和频率， 并比较了流量和离心力对转轮模态的影响。 关键词：水轮机；流固耦合；振型；模态 中图分类号：THl37 文献标识码：B 文章编号：1672—8904(2008)01—0021—005 1概述 随着水轮机组朝着大尺寸、大容量的方向发 展，其自身的固有频率也随之降低，与干扰激振力 的频率非常接近。一方面，水轮机在运行过程中，由 于卡门涡列、周期性脱流、尾水涡带振动、转轮进口 的压力波动等因素产生的周期性干扰激振力，使转 轮叶片产生振动，尤其当激振力的频率与转轮的固 有频率相同或相近而发生共振。另一方面，转轮的 剧烈振动不仅能导致机组结构破坏，减少寿命，而 且大大降低机组运行效率和出力，同时还会引起水 工建筑物的振动。因此必须进行机组固有频率的计 算和实验，并在 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 制造阶段就进行结构部件特性 的评价【”。 近年来一些科研人员一直在完善混流式水轮 机转轮在水力激励作用下的静动应力的计算方法。 文献【2]采用在叶片上人工加水压力负荷的方法计 算了水压力对于转轮动力特性的影响。文献[2][3]中 利用顺序耦合的方法计算了混流式水轮机转轮在 各工况下的静应力，但文献[2]和[3]中只对转轮内的 流场进行了三维计算，没有考虑到尾水管、导叶和 蜗壳对于转轮内部流动的影响，使得流场计算得到 叶片表面的压力载荷不是很准确。 本文对混流式水轮机全流道进行了CFD计算， 得到了比较以往计算较为准确地转轮叶片表面的 水压力分布，再利用顺序流固耦合的方法对转轮进 行了应力计算，并全面分析了多个工况下的转轮叶 片上的静应力特性。 2基本方程 +省青年科技基金资助(05204033) 收稿日期：2007—09—29 作者简介：刘德民，男，硕士研究生。 2．1弹性结构的自由振动原理及其自振特·t生t4] 弹性结构无阻尼自由振动方程为 Ma+Ku=0 (1) 其中M——结构质量阵， K——结构刚度阵， zt——结构位移。 对于线性结构，自由振动为简谐运动： M={巾)jeosoJ；t (2) 其中 {巾}i——第1阶频率对应的振型； 1．0i——第i阶频率； f——对应的时间 方程(1)变为 {K-toZ[Mll{qb}i=O (3) 只有在{巾)；=0或者{K一∥[M])=O条件下，上式才满 足。由于自由振动中各点的振幅‰)不全为零，因此 结构自由振动频率方程为： {K一∥[M]J=0 (4) 2．2流一固耦合振动的控制方程 在流固耦合问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 中，需要同时求解结构动力方 程 [M】{越)+C{M)+K【M]=[明 (5) 以及流体动量方程(Naive—Stokes方程)和流体连续 方程，对流体进行如下假设： (1)流体是不可压缩的； (2)流体是无粘性的； (3)平均密度和压力在整个流域均一。 在流体法向压力梯度和固体法向加速度之间 有如下关系 ⋯vp)_一p0{n)娶 (6) Ot‘ 其中fn)—耦合面的单位法向量； V={杀寺害l{u)—耦合面上结构体的位移向量 万方数据 溢体秸动与控副 2008年第1期 为了完整描述流固耦合问题，将耦合面上的流 体压力加到方程(5)。 则结构动力方程可表示为。 [M]{n}+【c]{M)+[k][配]={F)+{Fpl(7) 耦合面S上的流体压力矢量{P)可以通过积分得到 (F∥)={Ⅳ’)p{n}d(s)_[R】(P) (8) N一位移分量u，V，w的形状函数；{n}一流体边界法 向量。 将(8)代入(7)得到耦合的结构动力方程 [M]{训}+【C]{M)+[K]{u)一{R){p}={F)(9) 3水轮机过流部件的几何物理模型 利用UG强大的几何建模功能，建立某电站1# 机组水轮机HLl80一LJ一42转轮叶片的实体模型(如 图1所示)。全流道模型如图2所示。 图1转轮三维图 图2三维模型 4振动分析 通过CFD软件对全流道进行了流场分析，得出 了作用在转轮各叶片上的压力载荷，将载荷数据转 换为ANSYS文件的数据格式，通过程序导人AN— SYS。 4．1单叶片的振动分析 在计算单仑叶片时，将叶片与上冠和下环连接 处进行面约束。分别计算了叶片的自振频率和加载 水压力表面载荷后的振型。 这种材料的弹性模量EX=2．1x1011Pa，泊松比 ／x=0．3，密度p=7850kg／m3。应用ANSYS智能网格技 术对实体模型进行自由网格剖分(设定划分等级为 6级，采用SOLID92号单元，叶片单元个数为 1435)，如图3所示。 图3单叶片网格 图4转轮网格 计算单叶片自振频率时，主要考虑重力载荷和 惯性载荷(离心力)，不同转速情况下计算出的单叶 片前10阶频率见表1。 表1单叶片在空气和水中的频率 介质 频率 1阶 2阶 3阶 4阶 5阶 6阶 7阶 8阶 9阶 10阶 空气 400 5．041 18．68 24．477 30．64 40．54043．90352．93356．85 57．1559．96 500 21．67 29．18 33．608 46．22 50．10653．13856．85464．92 67．4371．22 600 25．42 29．81 42．338 47．56 48．85855．96862．34175．09 79．5781．78 水 400 4．142 18．22 24．366 28．79 32．07536．11139．88643．41 45．5748．74 500 8．999 25．77 30．304 40．65 41．08643．62345．04452．29 55．0361．08 600 20．05 25．13 40．445 43．42 47．24150．56260．39668．54 72．6573．99 S400 0．822 0．975 0．995 0．939 0．791 0．823 0．753 0．764 0．7970．812 S500 0．415 0．883 0．902 0．879 0．819 0．821 0．792 0．805 O．8160．858 S600 0．789 0．843 0．955 0．913 0．967 0．903 0．968 0．912 0．9130．905 万方数据 2008年1月 刘德民等：基于流固耦合的水轮机振动分析+ 根据 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 (10)计算水对叶片固有频率的影响系数 (10) 厶i一为叶片液固耦合振动的主频；丘，一为叶片在空 气中振动的主频。 图5不同转速情况下水对叶片固有频率的影响系数 图6转速f=500叶片在水和空气中的固有频率 由表1可以看出不同的转速工况下，叶片的自 振频率存在差异，即旋转离心力不同则叶片的自振 频率不同，随旋转离心力的增加自振频率呈递增趋 势。由于单叶片的载荷中重力载荷对叶片的影响较 小，所以主要影响振型频率的是旋转离心力。由于 本次计算模型采用的转轮较小，离心力对转轮频率 的影响较大。 为了验证本课题计算结果的可靠性，将本课题 500r／min的计算结果与国外和国内计算数据和同 类型的试验进行了比较。 表2影响系数比较 阶次 文献[5】 文献【6】 本课题计算 1 0．94 0．502 0．531 2 0．92 O．514 0．883 3 0．92 0．664 0．919 4 0．82 0．632 0．777 5 0．82 0．638 0．792 6 0．57 0．692 0．802 7 0．57 0．710 0．794 8 0．51 0．683 0．745 9 0．51 0．703 0．738 10 0．53 0．705 0．805 由表2可以看出，本课题的计算数据第一阶和 文献6比较接近，二阶和三阶和文献5比较接近， 四阶至十阶和文献6的变化规律相似，数值要比6 大一些。水压力对第一阶的频率影响比较大。 表3各国测试影晌系数比较 阶次 前苏联实测闻 德国实测吲 中国实测f61本课题计算 1 0．64 0．69 0．71 0．53l 2 O．72 0．66 0．72 0．883 3 0．74 0．70 0．78 0．919 4 O．68 0．63 0．78 0．777 5 0．76 0．69 0．792 6 0．802 7 0．794 8 0．745 9 0．738 10 0．805 由表3可以看出与实测数据相比，本 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 的计 算数据要比实测数据大一些，水压力对叶片自激频 率影响要小些， 这是由于实测是将叶片置于静水 中测量的，这时周围水体范围宽，水流受干扰运动 比叶片置于流道中会大得多，对叶片的作用也就会 大些【7]。 4．2转轮的振动分析 应用ANSYS智能网格技术对转轮模型进行自 由网格剖分(划分等级为6级，采用SOLID92号单 元，转轮单元个数为23685)，如图4所示。对处于水 阶质中的转轮，因为要考虑离心力及水压力对其振 动特性的影响，计算时，首先对转轮进行静力分析， 求出离心力及水压力产生的初始应力及其对刚度 矩阵的影响，然后在静力分析的基础上，再对转轮 进行有预应力的模态分析。对处于空气介质中的转 轮，对其进行模态计算时，只需要对其有限元模型 进行线约束，处理方法是：根据转轮的受力特点，选 取上冠上的一组圆环形节点，对其进行轴向和径向 固定约束，来模拟上冠和主轴的连接。采用Subspace 子步法分别计算了转轮在转速400r／min，500r／min， 600r／min的静态特性和振型，转轮的前10阶振型 频率如表4所示。 根据公式 s：譬 (11)五， 卜叫 计算水压力对转轮固有频率的影响系数。 万方数据 _溘-体秸动与揎副 2008年第1期 表4转轮在空气和水中的频率 介质 频率 1阶 2阶 3阶 4阶 5阶 6阶 7阶 8阶 9阶 10阶 空气 400 0．591 0．764 1．033 2．131 2．655 3．078 3．558 3．799 3．9884．154 500 0．443 0．543 1．152 2．369 2．568 3．361 3．462 4．493 4．5364．890 600 1．122 2．188 2．942 3．615 4．261 4．459 4．812 5．616 6．0096．574 水 400 0．453 0．484 0．777 1．985 2．193 2．875 3．202 3．252 3．0153．315 500 0．310 0．333 0．853 2．187 2．157 3．156 3．219 3．755 3．7423．976 600 O．881 1．179 2．095 3．294 3．562 4．196 4．455 4．761 4．9315．308 Sd00 0．766 0．634 0．753 0．931 0．826 0．934 0．892 0．856 0．7560．798 S500 0．699 0．613 0．740 0．923 0．839 0．939 0．929 0．836 0．8250．813 S600 0．785 0．539 0．712 0．911 0．836 0．941 0．925 0．847 0．821 0．807 厶。，一为转轮液固耦合振动的主频； 疋i，——为转轮在空气中振动的主频。 图7不同转速下水对转轮固有频率的影响系数 图8转速f=500r／min转轮在水和空气中的固有频率 从表4和图7可以看出在不同的转速下水对 转轮固有频率的影响系数略有不同，不同的转速对 转轮的影响空气中略大于水中，这是因为在空气中 转轮只受到离心力和重力的作用，相比下离心力对 转轮的影响更大些，而在水中，转轮还受到水压力 的作用，相比水压力而言离心力的作用要弱一些。 从表4可以看出转轮在4阶、6阶、7阶模态时 转轮在水中的频率和空气中的频率较接近，极易发 生共振，造成转轮振动。通过图8可以看出：由于离 心力和静水压力的影响，转轮在水下的固有频率较 空气中有不同程度的降低，且各阶的下降程度也不 一样，出现两头大、中间小的现象，即低阶频率与高 阶频率下降较大，中间频率下降较小。这与三位作 者的研究有所不同M81，由于本次计算模型采用的 转轮较小，离心力、水压力对转轮频率的影响与大 型转轮不同。 表5转轮在空气和水中的频率及振型 表6500r／min转轮在不同流量下的频率． ＼介质 振妄＼ 空气 振型说明 才( 振型说明 1 0．443转轮绕主轴逆时针扭转 0．310转轮绕主轴前后摆动 2 0．543转轮绕主轴左右摆动 0．333转轮绕主轴左右摆动 3 1．152转轮绕主轴顺时针扭转 0．853叶片出水边扭曲 4 2．369上冠左右摇摆 2．187转轮绕主轴左右摆动 5 2．568下环一阶对称振动 2．157上冠一阶对称振动 6 3．361上冠下环左右振动 3．156上冠下环前后振动 7 3．462上冠下环左右振动 3．219上冠下环前后振动 8 4．493叶片扭曲振动 3．755叶片扭曲振动 9 4．536叶片扭曲振动 3．742叶片扭曲振动 10 4．890上冠下环前后错动 3．976上冠下环前后错动 阶数 小流量 设计流量 大流量 1 0．729330．88132 0．79236 2 1．4085 1．1792 1．0277 3 1．6450 2．0950 1．4665 4 2．7436 3．2942 1．7806 5 3．4477 3．5622 2．3606 6 3．6822 4．1964 2．8624’ 7 4．5134 4．4545 3．3334 8 4．7544 4．7616 3．9670 9 5．4231 4．9319 4．5953 10 5．5838 5．3086 4．7997 通过观察比较对转轮振型的影响：可以看出离 度并不大，只是轻微的改变了振型。 心力和水压力对转轮的振型有一定的影响，但是幅 万方数据 2008年1月 刘德民等：基于流固耦合的水轮机振动分析* 5流量对转轮模态的影响 7结论 对500r／min下的大流量、设计流量、小流量工 况进行了对比，计算结果如表6所示。由表6和图9 可以看出不同流量下的各阶频率略有不同，相差并 不很大，小流量时频率幅值略微高于大流量和设计 流量，说明小流量工况对转轮的振动影响较大。将 频率对应的数据进行了指数分布的处理，可以发现 小流量工况的指数曲线的变化趋势要急剧一些。 图9转轮在500r／min不同流量下的频率 6离心力对转轮模态的影响 由前面分析可知，随着离心力的增加，转轮振 动的频率有了明显提高，600r／min时某些阶次接近 转轮在空气中的固有频率。本文的转轮频率比较 低，属于低频振动，由文献【10]知低频振动对水轮机 的稳定性破坏比较大，所以电站尽量减少在该工况 下运行。 本文在流固耦合的基础上对某一混流式转轮 进行了结构分析，得出了叶片和转轮在空气中和水 中的振型和频率，并比较了离心力和流量对转轮模 态的影响。与以前的研究成果略有不同。 参考文献 【l】1常近时，寿梅华，于希哲．水轮机运行[M】．北京：水利电力出 版社．1983．P10—15 [2]梁权伟．考虑流固耦合作用的水轮机转轮动力特性分析 [D]．北京，清华大学研究生论文，2003 [3】罗永要，王正伟，梁权伟．混流式水轮机转轮动载荷作用 下的应力特性[J]．清华大学学报(自然科学版)，2005，45 (2)：235-237 [4]PeterKoneke．ANSYStheorymanuM．ANSYS，Ine． 2001．E130—35 [5]陈香林．混流式水轮机叶片流固耦合动力特性研究【D】．昆 明理工大学硕士学位论文，2004，12．P73—80 [6】钨海军．水轮机叶片三维有限元刚度与振动特性研究[D]． 西安理工大学硕士学位论文，2005，3，P64—72 [7】S．K．Dasgupta．中水头混流式水轮机转轮水流诱发裂纹的 认识．曹春林译自IAHRSymposium1986，国外大电机， 1989 [8】王少波．混流式水轮机转轮动力特性分析及综合优化设计 +[D]．机械科学研究所博士学位论文，2003，5，P65—68 [9】9李黎明．ANSYS有限元分析实用教程[M]．清华大学出版 社，北京 [10】李成家，张双平等．水轮机转轮裂纹的检测分析与研究 [J]．西北电力技术，2001(6) VibrationAnalysisofTurbineBasedonFluidStructureCoupling LIUDe—-minLIUXiao-bingLIJuan 万方数据 基于流固耦合的水轮机振动分析 作者： 刘德民， 刘小兵， 李娟， LIU De-min， LIU Xiao-bing， LI Juan 作者单位： 刘德民,刘小兵,LIU De-min,LIU Xiao-bing(西华大学能源与环境学院,四川成都,610039) ， 李娟,LI Juan(中国地质大学人文经管学院,北京,100083) 刊名： 流体传动与控制 英文刊名： FLUID POWER TRANSMISSION AND CONTROL 年，卷(期)： 2008，""(1) 被引用次数： 2次 参考文献(10条) 1.常近时.寿梅华.于希哲 水轮机运行 1983 2.梁权伟 考虑流固耦合作用的水轮机转轮动力特性分析 2003 3.罗永要.王正伟.梁权伟 混流式水轮机转轮动载荷作用下的应力特性[期刊论文]-清华大学学报（自然科学版） 2005(02) 4.Peter Koneke ANSYS theory manual 2001 5.陈香林 混流式水轮机叶片流固耦合动力特性研究[学位论文] 2004 6.钨海军 水轮机叶片三维有限元刚度与振动特性研究 2005 7.S.K.Dasgupta.曹春林 中水头混流式水轮机转轮水流诱发裂纹的认识 1989 8.王少波 混流式水轮机转轮动力特性分析及综合优化设计[学位论文] 2003 9.李黎明 ANSYS有限元分析实用教程 10.李成家.张双平 水轮机转轮裂纹的检测分析与研究[期刊论文]-西北电力技术 2001(06) 相似文献(10条) 1.期刊论文 刘小兵.刘德民.曾永忠.王辉艳.LIU Xiao-bing.LIU De-min.ZENG Yong-zhong.WANG Hui-yan 基于流 固耦合的水轮机振动的数值研究 -水动力学研究与进展A辑2008,23(6) 该文研究应用ADINA软件采用任意拉格朗日欧拉(arbitrary Lagrange-Euler,ALE)法对一混流式水轮机转轮进行了流固耦合计算,得出了转轮在空气 中和水中的频率和模态.通过计算表明在水压载荷和黏性载荷的作用下,水轮机的转轮频率存在一定程度的下降,模态发生了变化.并应用动态断裂力学预 测了该转轮可能发生的裂纹破坏. 2.学位论文 党小建 水轮机导叶流固耦合振动特性计算 2004 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。 3.期刊论文 谷朝红.姚熊亮.陈起富 水轮机部件流固耦合振动特性研究 -大电机技术2001,""(6) 本文把有限元法与边界元法相结合来计算水轮机部件流固耦合振动问题.结构用有限元离散,用边界元计算结构周围的流体.编制了结构水下流固耦合 振动的通用计算程序.对已有理论解的水中实心圆柱悬臂结构进行了计算,把计算结果与理论解作了比较.文中还对轴流式转轮叶片进行了流固耦合计算 .为了更好地验证本文提出的计算方法和所编程序,还设计了一个模型固定导叶,对其进行了流固耦合计算分析和空气中及水中动态特性测试,计算结果与 试验结果吻合较好. 4.学位论文 刘德民 基于流固耦合的水轮机振动的数值研究 2008 近年来，国内外一些大型混流式水轮机机组频频出现强烈的振动现象，尤其是中高比转速水轮机叶片的裂纹现象，在世界各地普遍存在，严重危及 到机组的安全运行。目前，对此问题还没有找到有效的解决方法。因此水轮机的稳定性问题的研究意义非常重大，水轮机的核心部件是转轮，所以关键 研究转轮的稳定性。 混流式水轮机转轮叶片与粘性流场的相互作用不仅会激发叶片的强烈振动，严重时还会导致叶片产生疲劳断裂、动力失稳等影响机组安全运行的事 件。因此，研究转轮运行时叶片的振动特性对深入了解叶片的振动机理、避免水力共振、确保机组安全稳定运行具有重要意义。 本文主要基于流固耦合的方法，开展了水轮机振动的数值研究，并取得了以下成果： (1)借助CAD软件UG对某一混流式水轮机过流部件建模，采用流体计算软件Fluent对水轮机的内部流动进行了数值分析，得出大流量、设计流量和小 流量下的流场分布状况，将转轮叶片上的压力输出为ANSYS识别的数据格式。将UG建好的模型导入.ANSYS，采用自由网格划分技术建立了转轮及单个叶片 的有限元分析模型，为水轮机转轮振动问题的研究奠定了基础。 (2)应用ANSYS软件采用顺序耦合分别对空气和水中的转轮及单个叶片进行了静态分析和模态分析，得到了转轮及单个叶片在空气中和静水中的动力 特性，分析了该转轮在运行状态下发生共振的可能性，并对计算结果进行了详细的对比分析。结果表明：转轮在水中的固有频率较空气中有不同程度的 降低，其降低程度随转轮结构及振动形式的不同而不同；单个叶片的低阶和高阶固有频率降低得要小一些，中间阶次降低的要大些。而转轮的固有频率 降低程度是低阶和中间阶次的频率降低较小，高阶频率降低较大。流体与叶片结构之间的相互作用不仅会降低结构的固有频率，同时还会明显的改变叶 片在相同频率下的振型。总之，在对水轮机进行结构分析时，必须考虑流体与过流部件的交互作用影响。 (3)应用ANSYS软件计算了离心力和流量对转轮动力特性的影响。结果表明：离心力的影响使得转轮叶片各阶频率有不同程度的变化，并且变化比较 大，振型也有一定的差异。随着离心力的升高，转轮和单叶片的频率增加。流量的变化使转轮及单叶片的各阶频率有不同程度的变化，小流量时变化最 为明显，说明小流量时机组的运行很不稳定，这一点从流场计算的结果也得到了证明。 (4)利用Adina软件可以实现直接耦合的特点，采用可以很好的跟踪流体和固体的运动边界ALE算法，求解了一转轮在水压力和结构变形相互作用下的 结构变形，频率和模态变化。与前人的计算结果比较，证实了其算法的可靠性。 (5)对诱发水轮机振动的几种激振力进行了初步探讨，蜗壳中的小漩涡、导叶后的不均匀流场、导叶的脱流漩涡、尾水管涡带这些都是诱发机组振动 的因素，因此在设计新电站以及对老电站改造时这些因素都必须认真考虑。 5.期刊论文 肖若富.王正伟.罗永要.XIAO Ruofu.WANG Zhengwei.LUO Yongyao 基于流固耦合的混流式水轮机转轮 静应力特性分析 -水力发电学报2007,26(3) 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. 6.期刊论文 刘德民.刘小兵.LIU De-min.LIU Xiao-bing 基于流固耦合的静压轴承密封性能分析 -流体传动与控制 2008,29(4) 研究基于流固耦合中的泊松耦合理论,对自行研制的一种用于水轮机的静压轴承密封,建立了密封腔内外流动模型,对密封的工作原理进行了性能分析 ,得出了密封腔内外的压力变化和速度变化以及位移移动量. 7.学位论文 王忠全 水轮机水力激振特性的三维数值模拟 2009 近年来，国内外一些大型水轮机组多次出现强振动现象，尤其是高比转速水轮机叶片的断裂现象，导致机组无法安全运行。因此了解水轮机的激振 动特性，寻找水轮机组振动原因对机组的安全运行有重要意义。 本文综述了国内外水轮机振动研究现状和水轮机振动机理，从基本理论出发阐述了流固耦合计算的基本理论，其中主要阐述了湍流模型，特别是湍 流模型里的RNG k-ε模型。同时，本文对流体声场数值模拟理论进行了阐述，包括水动力噪声的几种基本声源，并总结归纳出适用于ADINA计算声功率的 方法。 本文主要是对水轮机进行激振特性的研究包括对其振动特性（如固有频率、主要振型等）的研究及寻找诱发振动原因的研究。其主要工作如下： （1）采用建模软件Unigraphics对蜗壳、导叶、转轮、尾水管进行了建模。 （2）应用软件ADINA进行模态分析，计算了转轮在空气中和水中的固有频率和主振型，得到了流体特性（密度、体积模量等）与转轮振动频率的影 响关系。 （3）为了寻找诱发机组振动的原因对水轮机激振特性进行了三维数值模拟，由于计算机容量和时间的限制，对一些部件，进行了适当简化。通过 ADINA软件运用流固耦合的方法计算，研究了大流量、设计工况、小流量工况下的混流式水轮机内的流场、声场，以及转轮所受到的应力，并在此基础上 分析了混流式水轮机内部湍流场诱发振动的原因，通过计算噪声大小判断振动最强位置。通过ADINA软件的数值模拟，为水轮机的进一步设计提供一定的 数据参考。 8.期刊论文 刘德民.杨萍.LIU De-min.YANG Ping 基于流固耦合的水轮机振动分析 -水科学与工程技术2007,""(6) 在流固耦合的基础上采用附加质量阵的方法对某-混流式转轮进行了振动分析,得出了叶片和转轮在空气和水中的振型和频率,并比较了流量和离心力 对转轮模态的影响.对于小型转轮,离心力和小流量工况对转轮的震动影响较大,随着离心力的增加,转轮振动的频率有了明显提高,某些阶次接近转轮在空 气中的固有频率.低频振动对水轮机的稳定性破坏比较大,要尽量避免机组低频振动. 9.期刊论文 邬海军.郭鹏程.廖伟丽.罗兴錡 ANSYS在水轮机部件流固耦合振动分析中的应用 -水电能源科学 2004,22(4) 通过对弹性体振动的有限元方程和不可压缩粘性流体的有限元方程的分析,建立了弹性体与粘性流体流固耦合的有限元方程.以水轮机导叶为例,运用 ANSYS有限元软件计算了其在空气中的振动特性以及流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. 10.学位论文 谷朝红 水轮机固定导叶及转轮叶片流固耦合振动特性研究 1996 引证文献(2条) 1.周忠宁.李意民.谷勇霞.谢远森.孙婉 基于流固耦合的叶片动力特性分析[期刊论文]-中国矿业大学学报 2009(3) 2.谢远森.李意民.周忠宁.孙婉 基于非定常气流脉动的叶片动力学分析[期刊论文]-矿山机械 2009(9) 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