基于流固耦合界面数据传递模型

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1、基于流固耦合界面数据传递模型的水电站厂房流激振动分析收稿日期：2016.09.03基金项目:“基于流固耦合理论的水电站厂房水力振动机理与激励机制”(No.51679175)作者简介：张智敏（1988-）,男,博士生,主要研究方向为水电站厂房、压力管道和地下工程。E-mail：zzm@whu.edu.cn*通信联系人：伍鹤皋(1964-),男,教授,主要从事水电站厂房、压力管道和地下工程研究,E-mail:wbf1988@vip.sina.com网络出版时间:网络出版地址:张智敏，伍鹤皋，钱忠东，苏凯，石长征（武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉430072）

2、摘要：在现有大中型水电站机组普遍存在水力振动的情况下，如何建立一套完善的水力-厂房耦合振动模型，特别是适用于大型复杂工程计算的流固耦合界面数据传递模型，并以此来进行水电站厂房流激振动的预测，是厂房振动方面亟待研究的课题。本文探讨了国内外常用的几种流固耦合数据传递插值算法的优劣，将近年来在航空、地形学、医学等领域广泛应用的C2紧支径向基函数插值方法进行了优化与改进，改善了该插值方法存在的精度和效率之间的平衡问题，并基于此建立了厂房流固耦合数据传递模型，进行了水电站厂房流激振动分析。分析结果表明，当流体网格数远大于结构网格数时（5倍以上），局部插值法的最大误差控制在工程应用可接

3、受范围内，在网格量巨大的相关工程计算中可以考虑使用局部插值法以节省时间成本；改进后的C2紧支径向基函数可以进一步减小误差，提高精度，在大型复杂耦合界面数据传递中具有很大的优势；流道中压力脉动以叶片通过频率为主，水轮机叶片与导叶间静动干扰所引起的流体脉动压力对厂房整体结构振动影响较为明显。关键词：水电站厂房;流固耦合;流激振动;耦合界面;数据传递;径向基函数中图分类号：TV731；TU311.3文献标志码：AFlow-inducedvibrationanalysisofhydropowerhousebasedondatatransfermodelforfluid-struct

4、urecouplinginterfaceZHANGZhimin,WUHegao,QIANZhongdong,SUKai,SHIChangzheng(1.WuhanUniversity,StateKeyLaboratoryofWaterResourcesandHydropowerEngineeringScience,Wuhan430072,China)Abstract:Hydraulicvibrationsgenerallyexistinlargeunitsofhydropowerstations.Howtopredictthehydraulicvibrationbefore

5、ahydropowerstationgoesintooperationisasignificantresearchsubject.Establishingafluid-solidcouplingmathematicalmodelisanimportantstep.Thisworkfocusesoninterpolationmethodsusedforfluid-solidcouplingproblemsofhydropowerstations.Advantagesanddisadvantagesoftypicalinterpolationmethodsintheworldw

6、erediscussed.TheC2compactlysupportedradialbasisfunctioniswidelyusedinaeronautics,geomorphy,andmedicineinrecentyears.Thefunctionwasimprovedandoptimizedtodevelopadatatransfermodelforfluid-structurecouplinginterface.Turbineunsteadyfluidgridandstructuraldynamicscalculationgridwerebuilt.Andavib

7、rationanalysisofhydropowerplantwasconducted.Whenthenumberoffluidmeshwasmuchlargerthanthenumberofstructuralmesh,localinterpolationswereavailabletosavetimecostinconstructionprojectwithlargeamountofgrids.ErrorswerefurtherreducedbyimprovingC2compactlysupportedradi