高水头水泵水轮机动静干涉引起的转轮动应力预测

发布时间：2023-02-08 16:31

　　转轮疲劳裂纹破坏是高水头水泵水轮机运行中备受关注的问题,而运行中产生动应力是导致转轮疲劳裂纹的重要原因。因高水头水泵水轮机的运行水头变幅大、转速高、工况间转换频繁,流体结构耦合产生的动应力非常复杂,活动导叶与转轮之间动静干涉引起的压力脉动,通过流体结构耦合产生的转轮叶片动应力是造成转轮疲劳裂纹的主要原因之一。目前针对转轮动应力的研究手段主要是模型试验,无法在转轮设计阶段预先发现转轮疲劳裂纹,如何在转轮设计阶段根据机组的运行特性有效地预测不同工况下叶片的动应力变化,提高转轮设计的可靠性,以及在运行过程中合理控制运行区域避免较大的水压力脉动引起转轮叶片过大的动应力,提高机组运行的运行稳定性是高水头水泵水轮机转轮研发设计亟待解决的关键技术问题之一。本课题结合国家自然科学基金(51379179),以650m水头段某高水头混流式水泵水轮机模型为研究对象,探索基于流固耦合数值模拟预测高水头水泵水轮机转轮叶片动应力特性的方法,为在高水头水泵水轮机研发过程中考虑到转轮动应力设计和运行过程中发现的转轮疲劳裂纹破坏原因分析提供技术支撑。主要研究内容及结论如下:(1)研究水泵水轮机动静干涉引起的压力脉动特性...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题来源及名称
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 课题名称
    1.2 研究背景、目的及意义
        1.2.1 研究背景
        1.2.2 研究目的
        1.2.3 研究意义
    1.3 国内外现状和发展趋势
        1.3.1 水泵水轮机研究现状和发展趋势
        1.3.2 高水头水泵水轮机压力脉动研究现状和发展
        1.3.3 动应力研究现状和发展
    1.4 研究的主要内容与技术路线
        1.4.1 研究的主要内容
        1.4.2 主要技术路线
2 水泵水轮机转轮动应力预测方法
    2.1 水泵水轮机瞬态流场数值计算的方法
        2.1.1 流体动力学控制方程
        2.1.2 湍流模型选择
        2.1.3 控制方程的离散方法
    2.2 基于单向瞬态流固耦合的转轮动应力计算方法
        2.2.1 固体结构控制方程
        2.2.2 流固耦合控制方程
        2.2.3 单向流固耦合瞬态分析求解方法
3 基于全流道瞬态流场数值模拟的水压力脉动分析
    3.1 水泵水轮机流体域及网格划分
        3.1.1 模型水泵水轮机
        3.1.2 网格离散
    3.2 分析计算工况及边界条件
    3.3 水泵水轮机内流场特性计算结果与模型试验验证
    3.4 水泵水轮机稳态流场计算结果分析
        3.4.1 水轮机工况下水泵水轮机稳态流场分析
        3.4.2 水泵工况下水泵水轮机稳态流场分析
    3.5 水泵水轮机瞬态流场计算结果分析
        3.5.1 动静干涉的形成
        3.5.2 压力脉动监测点
        3.5.3 水轮机工况下水泵水轮机瞬态流场分析
        3.5.4 水泵工况下水泵水轮机瞬态流场分析
4 基于流固耦合的水泵水轮机转轮动应力特性预测计算分析
    4.1 转轮结构域及有限元模型
    4.2 流固耦合计算条件设置
    4.3 水泵水轮机转轮静应力预测结果分析
        4.3.1 水轮机工况下水泵水轮机转轮静应力分析
        4.3.2 水泵工况下水泵水轮机转轮静应力分析
    4.4 水泵水轮机转轮动应力预测结果分析
        4.4.1 水轮机工况下水泵水轮机转轮动应力分析
        4.4.2 水泵工况下水泵水轮机转轮动应力分析
5 水泵水轮机转轮模态分析
    5.1 动静干涉引起的激振分析理论
    5.2 模态边界条件设置
    5.3 转轮固有频率分析
    5.4 转轮振型分析
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3738008