冲击式水轮机转轮的流固耦合及振动研究

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2、６＿＿－－指导教师：巧文武？：？…稼、＆誦Ｉ完成日期Ｙ２０１５年４月１唱ａｉ％ｌｉ西华大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中邑经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体邑经发表的研究成果，也不包含其他己申请学位或其他用途使用过的成果一。与我同王作的同志对本研究所做的贡献均巴在论文中做了明确的说明并表示了谢意。巷有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文作者签《：指导教师签名：竭柬曰期：？《句曰期：：＞〇矿西华

3、大学学位论文版权使授权用书本学位论文作者完全解有、使了学校关保留巧学位论文的规定，工在校攻读学位期间论文作的产权属于西华知识大学，同意学校保留并向園有关机送论文的家部口或构交复印件和电子版，论查允许文被Ｌ阅和借阅，西华大学可乂将本论文的全部或内部分容编入有关敷据库进行检索，印、缩扫可米用影印或描等复印手段保存和汇编本学位论。文（保密的论文在解密后遵守此规定）学位论文作者签：名指导教签名：师嗦聲Ｊ如皆、曰期：：日期／叫的化４５巧旁句ClassifiedIndex:UDC:密级曛XihuaUniversityMasterDegreeDi

4、ssertationTheStudyofFluid-structureCouplingandVibrationofPeltonTurbineRunnerCandidate:CaoYongMajor:PowerMachineryandEngineeringStudentID:212012080703006Supervisor:Prof.SongWenwuApril,2015西华大学硕士学位论文摘要随着国内外高水头水力资源的开发，冲击式水轮机的发展越来越迅速。特别是近几年来，国内的发展从单喷嘴、双喷嘴、小容量已发展到现在的六喷嘴，单机容量达到12万kW的斜击式水轮机。但是我国现

5、阶段正处于对大型冲击式水轮机的研究与开发的攻坚阶段，在冲击式水轮机的流固耦合及振动特性模拟和实验研究上还不够深入。随着现代射流理论、断裂力学等的发展，对冲击式内部流动机理及发生破坏的原因进一步变得清晰。现代材料科学与铸造技术的进步，更多的新材料、新工艺已被应用到大型冲击式水轮机的设计的制造中去。虽然国内外对冲击式水轮机的内部流动特性已具有了一定深度的分析研究，能够很好的通过模拟和实验得以验证。但对于冲击式水轮机在射流作用下的流固耦合特点，以及耦合作用下的转轮斗叶振动特性还研究的不多。研究能够很好的分析得到斗叶在射流场作用下的运动特点，更重要的是能够分析其在流固耦合下，研究转

6、轮斗叶的应力分布，进而分析叶根部疲劳裂纹产生的原因。本研究取得了以下几点成果：1.根据冲击式转轮参数，得到喷嘴出口到斗叶全流道三维模型，提出了斗叶根部复杂曲面体三维建模的方法。2.运用流场分析软件模拟转轮在不同水头下的流动特性，分析得到了斗叶在射流作用下的内部压力分布、流速分布规律。3.利用流场分析软件Fluent与结构分析软件Workbench14.0的交互式接口，在结构中计算流固耦合条件下转轮斗叶的变形及应力特点。研究发现，流固耦合作用下转轮斗叶的最大位移发生在刃口附近的出水边处。4.转轮斗叶受射流冲击力作用下的振动特性，计算结果表明：转轮斗叶的第一阶固有频率与受流场作

7、用引起的振动频率不在同一数量级别，正常运行条件下转轮不会发生共振。关键词：冲击式水轮机，斗叶，三维建模，流固耦合，振动特性I冲击式水轮机转轮的流固耦合及振动研究AbstractWiththedevelopmentofhigh-headhydropowerresourcesathomeandabroad,thedevelopmentofpeltonturbinebecomesmorerapid.Especiallyinrecentyears,Thedevelopmentofpeltonturbinefromsingl