基于CFD的水电站厂房水力振源特性及精确施加方法研究

摘要

水力振源是引起厂房结构振动的最重要因素，也是最难以描述和模拟的因素。由于水轮机流道内部流动的复杂性，单一构件内的流动特性不能完整体现整个流道的流动规律和本质。论文综合分析了目前对于水电站厂房水力振源特性及施加方法研究的现状，在基于CFD的水力振源特性研究基础上，研究了水轮机流道，尤其是壁面处的水力振源规律，提出了水力振源的精确模拟施加方法。
　　本文建立了全流道非定常湍流数值模型，基于SST双方程湍流模型实现了全流道非定常湍流计算，分析了正常运行工况下蜗壳、尾水管壁面的压力脉动分布特征，总结了水力振源幅值、频率及规律。
　　在 CFD计算基础上，采用谐响应分析，在正常运行工况下，依据水力振源幅值、频率分布特征，对蜗壳壁面进行了区域划分，提出了五种简化施加方案，厂房动响应数值计算结果表明，将各区域典型代表点的压力脉动幅频数据作为简谐面压力施加于区域面，接近水力振源真实作用情况时，得到的厂房振动响应较传统全流道单一振幅、频率面压力施加方法更大。由于流体计算与厂房结构网格尺度的差异，通过ANSYS二次开发，编制CFD计算压力脉动结果导入厂房结构程序，通过流体域与结构域中蜗壳、尾水管壁面各点坐标位置建立压力脉动时程一一对应规则。利用SFFUN命令实现了流道壁面各节点各时刻均按CFD结果如实模拟的压力脉动实时精确模拟施加方法，并将所得厂房响应情况与以典型点为参考的点面转换施加方法进行对比。结果表明，本文提出的基于CFD的脉动压力精确模拟施加方法考虑了流道各点水力振源的幅值、频率差异的影响，厂房响应更趋于合理。

目录

声明

1绪论

1.1课题研究背景及研究意义

1.2国内外研究进展

1.3本文主要研究内容

2 计算分析方法

2.1CFD计算理论及方法

2.2厂房结构动力分析方法

2.3本章小结

3.1全流道非定常湍流数值模型及计算方法

3.2水力振源规律分析

3.3本章小结

4.1厂房结构模型

4.2厂房结构固有振动特性

4.3共振复核

4.4脉动压力简谐施加方法

4.5厂房结构振动响应及方案对比

4.5本章小结

5.1施加方法

5.2厂房振动响应及方案对比

5.3本章小结

6 结论与展望

6.1研究的主要结论

6.2研究展望

致谢

参考文献

附录

1攻读研究生期间参加的课题

2攻读研究生期间发表的论文

3攻读研究生期间获得的奖励