基于数值模拟的水轮机活动导叶特性分析

摘要

导水机构的水力性能和结构强度将直接影响机组的效率与运行稳定性。由于活动导叶具有多种形式，不同的翼型在相同工况下会对流场产生不同的影响。从而使得计算比较复杂，通过常规方法不能很好的计算出在水压力作用下活动导叶的具体形变情况，应力分布情况。本文利用数值模拟的方式定性分析了不同翼型的活动导叶对流场的影响以及不同工况下导叶的形变情况。
　　本文具体工作主要包括以下几个方面:
　　(1)利用SolidWorks三维建模软件建立了水轮机全流道模型，并构建了不同工况下，不同翼型的活动导叶模型。针对实验需求进行了模型计算域的全局网格划分和局部网格划分。
　　(2)通过Flow Simulation插件，利用CFD的方法分别计算了采用正曲率活动导叶和采用对称活动导叶的导水机构内流场情况。为机组的导叶翼型选择提供参考。
　　(3)计算了导叶在关闭工况下，导水机构的上下游水压力对不同翼型和结构的导叶的影响。将CFD的计算结果作为静力分析的初始条件，利用单向流固耦合的方法计算了在流场作用下不同翼型和结构的导叶形变和应力分布情况。
　　(4)分别对不同翼型和结构的活动导叶进行了模态分析，得出了翼型和结构对活动导叶固有频率的影响。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外对活动导叶的研究现状

1．3 本文主要研究内容

本章小结

第2章 单向流固耦合技术理论基础

2．1 计算流体动力学技术概述

2．1．1 流动数值模拟理论

2．1．2 流体动力学控制方程

2．2 有限元分析理论

2．2．1 位移与应力计算理论

2．2．2 模态分析理论

2．3 单向流固耦合技术概述

本章小结

第3章 水轮机全流道模型的建立

3．1 SolidWorks建模软件简介

3．2 水轮机主要过流部件的模型建立

3．2．1 模型水轮机的基本参数

3．2．2 蜗壳模型的建立

3．2．3 导水机构模型的建立

3．2．4 转轮模型的建立

3．2．5 尾水管模型的建立

3．2．6 水轮机全流道模型的建立

3．3 全流道模型的网格划分

3．3．1 网格划分介绍

3．3．2 全局网格的划分

3．3．3 导水机构局部网格划分

3．3．4 转轮区域局部网格划分

3．3．5 水轮机全流道模型网格

本章小结

第4章 导水机构内流场计算与分析

4．1 导水机构内流场分析概述

4．2 计算工况选择及初始条件设置

4．2．1 计算工况点的选择

4．2．2 边界条件设置

4．3 导水机构内流场分析

本章小结

第5章 水轮机活动导叶静力分析

5．1 活动导叶静力分析概述

5．1．1 静力分析软件简介

5．1．2 导叶静力分析目的

5．2 活动导叶静力分析前处理

5．2．1 活动导叶模型修改

5．2．2 初始条件设置

5．3 导叶关闭工况下的形变分析

5．3．1 实验参数选择与计算

5．3．2 实验结果分析

5．4 基于单向流固耦合的导叶形变分析

5．4．1 实验参数选择与计算

5．5 活动导叶模态分析

5．5．1 活动导叶振型分析

5．5．2 活动导叶振动频率分析

本章小结

第6章 结论与展望

6．1 本文总结

6．2 展望工作

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间发表论文