為了研究混流式水輪機轉(zhuǎn)輪應力及變形情況,基于單向流固耦合理論,利用Workbench平臺對其進行數(shù)值模擬.在模擬過程中首先利用ANSYS CFX軟件,采用標準k-ε湍流模型對水輪機三維流態(tài)進行計算,其次通過Static Structural將流場水壓力傳遞到轉(zhuǎn)輪表面,進而進行耦合計算并得到了轉(zhuǎn)輪應力和變形分布規(guī)律,最后通過試驗結果對數(shù)值計算結果進行驗證.研究表明:在100%開度下,從最低水頭到額定水頭、從額定水頭到最高水頭,轉(zhuǎn)輪最大主應力與等效應力分別增大了9.8%,15.9%.另外在不同導葉開度下,水輪機轉(zhuǎn)輪葉片瞬態(tài)較大變形、最大主應力以及最大等效應力均主要集中在葉片出水邊與泄水錐交界處和葉片出水邊靠近下環(huán)處,且隨著導葉開度增大這些值均逐漸增大,特別在葉片出水邊靠近下環(huán)處,由于該位置較薄,且在交變應力的反復作用下,該位置易發(fā)生疲勞破壞,因此更易出現(xiàn)裂紋和斷裂. 

【文章來源】：排灌機械工程學報. 2020,38(11)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

水輪機三維幾何模型

圖1 水輪機三維幾何模型基于單向流固耦合的方法，采用standard k-ε湍流模型和Scalable壁面函數(shù)，運用ANSYS CFX軟件對混流式水輪機過流部件進行數(shù)值計算，計算時首先對水輪機進行定常計算，然后以其結果作為非定常計算的初始值進行非定常相關數(shù)值計算．在數(shù)值計算時設置進口為總壓進口，出口為靜壓出口，壁面為無滑移壁面，工作介質(zhì)為純水．在進行非定常計算時，時間步長設為1.833 52×10-3s，即以轉(zhuǎn)輪每轉(zhuǎn)過3°的時間為1個時間步長．計算收斂后，取最后1個周期進行分析．殘差收斂標準設置為10-5，當計算殘差小于10-5時，即認為計算收斂．轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速設為272.7 r/min，方向同z軸，轉(zhuǎn)輪受到來自流體的壓力，其大小直接由流場計算結果導入．

圖3為現(xiàn)場所拍攝到的混流式水輪機轉(zhuǎn)輪破壞位置．由圖3可見，混流式水輪機轉(zhuǎn)輪葉片發(fā)生破壞的主要位置位于轉(zhuǎn)輪葉片出口靠近下環(huán)以及與泄水錐交接處．為了分析該轉(zhuǎn)輪葉片出現(xiàn)破壞的機理，采用數(shù)值計算方法在不同導葉開度下對該機組進行流固耦合計算．

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3129829