基于数值计算混流式水轮机动力特性的分析论文

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1、IIMIIlllIIHIIIIIIIIllIIIIIIlY2281260ADissertationSubmittedto——————HebeiUniversityofEngineeringFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringDynamicCharacteristicStudyofFrancisHydroTurbineBasedonNumericalAnalysisCandidate：LiuboSupervisor：Prof．ShiXiangzhongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineering，j，％fe

2、rconservancyandspeclany：Hydroelectricityengijeeringsch。。1／Department：主潞三P。囊r眦枷沁s枷HebeiUniversityofEngineeringJune，2013独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得塑兰垦墨堡盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承

3、担。学位论文作者签名：初。伏签字日期：劢l辞珀四日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解泣兰垦三猩盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。特授权塑皇垦三堡盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：易叨代茹签字日期：沙I弓年r月t‘7日导师签名：％春羊钟签字日期：洳1]年f，月功日摘要随着水轮机单机容量的逐步提高，机组尺寸随之增大，其刚度相对减弱，水轮机运行的稳定问题同益突显；同时，技术的快速进步使机组运行的自

4、动化程度得到大幅提高，无人值班，少人值守，远程控制的水电厂逐步增多，对机组的安全稳定运行要求也日益严格。本文以混流式水轮机为研究对象，借助CFD技术，系统分析了水轮机内部的流动状态及在不同运行工况下的流场特征，并以流场数值计算为基础，对水轮机转轮进行了流固耦合计算，得出了转轮的模态及在耦合场作用下的应力应变情况。主要内容如下：1．在理论上系统研究与分析了水轮机过流流道的流体动力学模型及数值计算方法、水轮机转轮的结构静力学模型及数值模拟方法。借助三维造型软件，运用三维绘图的逆向工程方法，绘制了水轮机的三维几何模型及各过流流道模型，并借助网格划分软件，对水轮机计算域进行了网格划分。2．利用流场计算

5、软件对水轮机全流道进行了定常与非定常数值计算，详细分析了水轮机的内部流动特征，并在流场计算基础上，对耦合场下的转轮进行了结构静力学计算，分析得出了不同载荷施加方法对转轮叶片应力应变情况的影响。同时，还对转轮在不同转速下的动力特性进行了计算分析，得出了不同转速对转轮叶片最大等效应力的影响：叶片最大等效应力值随着转速的增加而增大，其量值变化与转速增加幅度成非线性关系，在小转速范围内运行时，应力变化趋势较为平缓，其量值也较小，随着转速的递增，应力及变形变化较快，对比得出，离心力对转轮的最大等效应力与最大变形影响较大。3．本文还分别进行了转轮在空气中的模态分析与考虑旋转预应力的耦合场下的模态分析，发现

6、转轮模态受旋转预应力的耦合力场的影响很小。通过对振型分析，发现转轮在低阶模态时，其振动形式以转轮的整体振动为主，主要表现在整体的摆振及上下振动；在高阶模念时，转轮的振动形式演变为上冠、下环及叶片的局部振动，主要表现为局部的扭曲振动及弯曲变形。同时，对转轮在实际运行中所受到的部分水力激振力频率进行了计算分析，并通过与转轮在耦合场作用下的振动频率相比较，发现两者差值较大，说明转轮发生共振的可能性较小。关键词：混流式水轮机；CFD；数值计算；流固耦合；振动特性AbstractWiththeincreasingofthehydraulicturbineunitcapacity,theunitsizei

7、ncreases．andthestiffnessisrelativelyweaker,whichisaseriousthreattothesafeoperationofpowerstation·Andthesametime，duetotherapiddevelopmentoftechnology,automationdegreeofunitoperationishigher．Sotherearem