本文關(guān)鍵詞：考慮流固耦合作用水泵水輪機(jī)泵模式下壓力脈動(dòng)研究

  更多相關(guān)文章： 水泵水輪機(jī) 可壓縮 大渦模擬 雙向流固耦合 壓力脈動(dòng)

【摘要】：水泵水輪機(jī)的設(shè)計(jì)是以泵模式為主,泵模式特性曲線上存在“駝峰區(qū)”,對(duì)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行造成不利影響。影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素是流場(chǎng)中復(fù)雜的壓力脈動(dòng),可以通過(guò)數(shù)值模擬的方法對(duì)壓力脈動(dòng)的特征進(jìn)行初步分析。為實(shí)現(xiàn)上述目的,本課題對(duì)模型水泵水輪機(jī)在泵模式下全流道流場(chǎng)進(jìn)行了定常、非定常數(shù)值計(jì)算,研究了水泵水輪機(jī)在泵模式下通過(guò)雷諾時(shí)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(dòng)特性,以及流固耦合作用對(duì)水泵水輪機(jī)泵模式壓力脈動(dòng)的影響。本課題的研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)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(jìn)行計(jì)算。對(duì)比可壓縮以及不可壓縮計(jì)算結(jié)果,分析流體壓縮性對(duì)水泵水輪機(jī)壓力脈動(dòng)的影響。(2)采用定常RANS方法和LES方法對(duì)模型水泵水輪機(jī)全流道流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,獲得水泵水輪機(jī)泵模式下的外特性曲線,分析水泵水輪機(jī)內(nèi)部的壓力場(chǎng)、速度矢量場(chǎng)、渦量場(chǎng)分布,從多角度研究水泵水輪機(jī)內(nèi)部的流動(dòng)現(xiàn)象,比較RANS方法和LES方法計(jì)算的流場(chǎng)壓力脈動(dòng)結(jié)果。(3)應(yīng)用Mp CCI軟件作為耦合代碼接口,采用ANSYS FLUENT進(jìn)行真機(jī)水泵水輪機(jī)全流道流場(chǎng)計(jì)算,采用ANSYS APDL計(jì)算活動(dòng)導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)場(chǎng),實(shí)現(xiàn)時(shí)間異步水泵水輪機(jī)的雙向順序流固耦合計(jì)算。比較測(cè)點(diǎn)雙向順序流固耦合計(jì)算的壓力脈動(dòng)結(jié)果與流場(chǎng)非耦合計(jì)算結(jié)果,分析雙向流固耦合作用對(duì)流場(chǎng)壓力脈動(dòng)的影響。研究結(jié)果表明,不考慮流體壓縮性RANS方法計(jì)算得到的尾水管至固定導(dǎo)葉內(nèi)9倍頻、18倍頻和27倍頻的壓力脈動(dòng)頻率成分主要由轉(zhuǎn)輪與活動(dòng)導(dǎo)葉的動(dòng)靜干涉引起。大渦模擬以及考慮流體壓縮性計(jì)算得到的模型水泵水輪機(jī)流場(chǎng)壓力脈動(dòng)相對(duì)幅值基本高于不考慮流體可壓縮性RANS方法計(jì)算結(jié)果,大渦模擬結(jié)果顯示模型水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)存在動(dòng)態(tài)失速現(xiàn)象。真機(jī)水泵水輪機(jī)導(dǎo)葉在雙向流固耦合作用下最大位移在0.5mm左右。耦合計(jì)算得到的葉片附近流道壓力脈動(dòng)相對(duì)幅值要高于非耦合計(jì)算結(jié)果,但是9倍頻和18倍頻的壓力脈動(dòng)幅值低于非耦合計(jì)算結(jié)果。
【關(guān)鍵詞】：水泵水輪機(jī) 可壓縮 大渦模擬 雙向流固耦合 壓力脈動(dòng)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TK730
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 課題來(lái)源及背景9
• 1.2 水泵水輪機(jī)壓力脈動(dòng)的研究背景及意義9-10
• 1.3 國(guó)內(nèi)外水泵水輪機(jī)及流固耦合研究現(xiàn)狀及分析10-16
• 1.3.1 國(guó)內(nèi)外水泵水輪機(jī)研究現(xiàn)狀10-13
• 1.3.2 國(guó)內(nèi)外流固耦合研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀簡(jiǎn)析15-16
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容16-17
• 第2章 數(shù)值計(jì)算方法及前處理17-30
• 2.1 雷諾時(shí)均法基本理論17-21
• 2.1.1 流體力學(xué)基本方程17-18
• 2.1.2 可壓縮流動(dòng)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(jì)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(jìn)口邊界條件24
• 2.4.2 出口邊界條件24-25
• 2.4.3 轉(zhuǎn)動(dòng)部分25
• 2.5 流固耦合數(shù)值計(jì)算方法25-29
• 2.5.1 固體結(jié)構(gòu)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(jié)29-30
• 第3章 模型水泵水輪機(jī)RANS方法壓力脈動(dòng)分析30-50
• 3.1 幾何模型及網(wǎng)格劃分30-35
• 3.1.1 計(jì)算域幾何建模30-31
• 3.1.2 計(jì)算域網(wǎng)格劃分31-34
• 3.1.3 壓力脈動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置34-35
• 3.2 外特性計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)驗(yàn)證35-38
• 3.2.1 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證35-36
• 3.2.2 外特性計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)驗(yàn)證36-38
• 3.3 不可壓數(shù)值計(jì)算壓力脈動(dòng)結(jié)果分析38-44
• 3.4 可壓與不可壓計(jì)算壓力脈動(dòng)結(jié)果對(duì)比分析44-49
• 3.5 本章小結(jié)49-50
• 第4章 模型水泵水輪機(jī)大渦模擬壓力脈動(dòng)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(chǎng)分析53-65
• 4.2.1 RANS與LES流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果分析53-57
• 4.2.2 不同流量LES流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果分析57-62
• 4.2.3 轉(zhuǎn)輪流場(chǎng)隨時(shí)間變化規(guī)律62-65
• 4.3 大渦模擬壓力脈動(dòng)分析65-73
• 4.3.1 RANS與LES數(shù)值計(jì)算壓力脈動(dòng)結(jié)果分析65-70
• 4.3.2 不同流量LES計(jì)算結(jié)果分析70-73
• 4.4 本章小結(jié)73-75
• 第5章 真機(jī)導(dǎo)葉雙向流固耦合壓力脈動(dòng)分析75-96
• 5.1 導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分及邊界條件設(shè)置75-80
• 5.1.1 網(wǎng)格劃分及動(dòng)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(shí)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(chǎng)與結(jié)構(gòu)場(chǎng)計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證80-82
• 5.2.1 流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證81
• 5.2.2 結(jié)構(gòu)場(chǎng)計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證81-82
• 5.3 導(dǎo)葉模態(tài)計(jì)算分析82-84
• 5.4 雙向流固耦合作用下位移計(jì)算結(jié)果分析84-88
• 5.5 雙向流固耦合作用下對(duì)非定常壓力場(chǎng)影響對(duì)比分析88-95
• 5.6 本章小結(jié)95-96
• 結(jié)論96-98
• 參考文獻(xiàn)98-101
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果101-103
• 致謝103

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：826784