本文關鍵詞：考慮流固耦合作用水泵水輪機泵模式下壓力脈動研究

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【摘要】：水泵水輪機的設計是以泵模式為主,泵模式特性曲線上存在“駝峰區(qū)”,對機組穩(wěn)定運行造成不利影響。影響機組穩(wěn)定運行的重要因素是流場中復雜的壓力脈動,可以通過數(shù)值模擬的方法對壓力脈動的特征進行初步分析。為實現(xiàn)上述目的,本課題對模型水泵水輪機在泵模式下全流道流場進行了定常、非定常數(shù)值計算,研究了水泵水輪機在泵模式下通過雷諾時均(RANS)方法和大渦模擬(LES)方法以及考慮流體可壓縮性的非定常壓力脈動特性,以及流固耦合作用對水泵水輪機泵模式壓力脈動的影響。本課題的研究內容包括以下幾個方面:(1)采用ANSYS FLUENT提供的SST k??湍流模型分別考慮流體可壓縮性和不考慮流體可壓縮性進行計算。對比可壓縮以及不可壓縮計算結果,分析流體壓縮性對水泵水輪機壓力脈動的影響。(2)采用定常RANS方法和LES方法對模型水泵水輪機全流道流場進行數(shù)值模擬,獲得水泵水輪機泵模式下的外特性曲線,分析水泵水輪機內部的壓力場、速度矢量場、渦量場分布,從多角度研究水泵水輪機內部的流動現(xiàn)象,比較RANS方法和LES方法計算的流場壓力脈動結果。(3)應用Mp CCI軟件作為耦合代碼接口,采用ANSYS FLUENT進行真機水泵水輪機全流道流場計算,采用ANSYS APDL計算活動導葉結構場,實現(xiàn)時間異步水泵水輪機的雙向順序流固耦合計算。比較測點雙向順序流固耦合計算的壓力脈動結果與流場非耦合計算結果,分析雙向流固耦合作用對流場壓力脈動的影響。研究結果表明,不考慮流體壓縮性RANS方法計算得到的尾水管至固定導葉內9倍頻、18倍頻和27倍頻的壓力脈動頻率成分主要由轉輪與活動導葉的動靜干涉引起。大渦模擬以及考慮流體壓縮性計算得到的模型水泵水輪機流場壓力脈動相對幅值基本高于不考慮流體可壓縮性RANS方法計算結果,大渦模擬結果顯示模型水泵水輪機轉輪內存在動態(tài)失速現(xiàn)象。真機水泵水輪機導葉在雙向流固耦合作用下最大位移在0.5mm左右。耦合計算得到的葉片附近流道壓力脈動相對幅值要高于非耦合計算結果,但是9倍頻和18倍頻的壓力脈動幅值低于非耦合計算結果。
【關鍵詞】：水泵水輪機 可壓縮 大渦模擬 雙向流固耦合 壓力脈動
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK730
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 課題來源及背景9
• 1.2 水泵水輪機壓力脈動的研究背景及意義9-10
• 1.3 國內外水泵水輪機及流固耦合研究現(xiàn)狀及分析10-16
• 1.3.1 國內外水泵水輪機研究現(xiàn)狀10-13
• 1.3.2 國內外流固耦合研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3.3 國內外研究現(xiàn)狀簡析15-16
• 1.4 本文的主要研究內容16-17
• 第2章 數(shù)值計算方法及前處理17-30
• 2.1 雷諾時均法基本理論17-21
• 2.1.1 流體力學基本方程17-18
• 2.1.2 可壓縮流動控制方程18-19
• 2.1.3 湍流模型19-21
• 2.2 大渦數(shù)值模擬基本理論21-22
• 2.2.1 基本控制方程21-22
• 2.2.2 亞格子模型22
• 2.3 數(shù)值計算方法22-24
• 2.3.1 控制方程離散化22-23
• 2.3.2 數(shù)值求解方法23-24
• 2.4 邊界條件24-25
• 2.4.1 進口邊界條件24
• 2.4.2 出口邊界條件24-25
• 2.4.3 轉動部分25
• 2.5 流固耦合數(shù)值計算方法25-29
• 2.5.1 固體結構的有限元理論25-27
• 2.5.2 流固耦合求解基本策略27-29
• 2.6 本章小結29-30
• 第3章 模型水泵水輪機RANS方法壓力脈動分析30-50
• 3.1 幾何模型及網(wǎng)格劃分30-35
• 3.1.1 計算域幾何建模30-31
• 3.1.2 計算域網(wǎng)格劃分31-34
• 3.1.3 壓力脈動監(jiān)測點布置34-35
• 3.2 外特性計算結果與試驗驗證35-38
• 3.2.1 網(wǎng)格無關性驗證35-36
• 3.2.2 外特性計算結果與試驗驗證36-38
• 3.3 不可壓數(shù)值計算壓力脈動結果分析38-44
• 3.4 可壓與不可壓計算壓力脈動結果對比分析44-49
• 3.5 本章小結49-50
• 第4章 模型水泵水輪機大渦模擬壓力脈動分析50-75
• 4.1 大渦模擬網(wǎng)格分辨率分析50-53
• 4.2 大渦模擬流場分析53-65
• 4.2.1 RANS與LES流場計算結果分析53-57
• 4.2.2 不同流量LES流場計算結果分析57-62
• 4.2.3 轉輪流場隨時間變化規(guī)律62-65
• 4.3 大渦模擬壓力脈動分析65-73
• 4.3.1 RANS與LES數(shù)值計算壓力脈動結果分析65-70
• 4.3.2 不同流量LES計算結果分析70-73
• 4.4 本章小結73-75
• 第5章 真機導葉雙向流固耦合壓力脈動分析75-96
• 5.1 導葉結構網(wǎng)格劃分及邊界條件設置75-80
• 5.1.1 網(wǎng)格劃分及動網(wǎng)格更新方法75-76
• 5.1.2 邊界及初始條件76-77
• 5.1.3 時間異步方法77-79
• 5.1.4 耦合面數(shù)據(jù)傳遞方法79-80
• 5.2 流場與結構場計算結果驗證80-82
• 5.2.1 流場計算結果驗證81
• 5.2.2 結構場計算結果驗證81-82
• 5.3 導葉模態(tài)計算分析82-84
• 5.4 雙向流固耦合作用下位移計算結果分析84-88
• 5.5 雙向流固耦合作用下對非定常壓力場影響對比分析88-95
• 5.6 本章小結95-96
• 結論96-98
• 參考文獻98-101
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果101-103
• 致謝103

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 肖若富;王正偉;羅永要;;Dynamic Stresses in a Francis Turbine Runner Based on Fluid-Structure Interaction Analysis[J];Tsinghua Science and Technology;2008年05期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 盧秀泉;調速型液力偶合器流固耦合與振動特性研究[D];吉林大學;2012年

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中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

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本文編號：826784