大型泵站的流固耦合振动分析

针对目前泵站和水电站动力时程分析中存在的不足,在有限元框架内建立泵站非定常湍流与结构相互作用的流固耦合模型,采用有限元格式对流体和结构进行离散,使用滑移网格技术实现流道内的动静干扰,并在流体和固体的交界面上采用合适的界面条件来实现流体和固体之间的能量传递。采用此方法对大型泵站单流道进行流固耦合振动分析,预测出结构各个部位的振动响应,为泵站工程抗振设计提供参考。     

基于流固耦合的水轮机振动的数值研究

该文研究应用ADINA软件采用任意拉格朗日欧拉(arbitrary Lagrange-Euler,ALE)法对一混流式水轮机转轮进行了流固耦合计算,得出了转轮在空气中和水中的频率和模态.通过计算表明在水压载荷和黏性载荷的作用下,水轮机的转轮频率存在一定程度的下降,模态发生了变化.并应用动态断裂力学预测了该转轮可能发生的裂纹破坏.     

基于CAD/CAE的泵站装置流固耦合数值仿真

使用钢制流道的轴流泵站方案,具有施工方便、不易开裂、使用寿命长等优点,然其复杂水力条件引起的钢制薄壁结构流激振动问题亟待解决.在解决这一类问题时,流固耦合数值仿真计算中CAD和CAE两大技术通常独立应用,造成了其过程效率较低、成本较高、周期较长等.引入CAD/CAE一体化系统,实现泵站钢制流道仿真模拟的精准建模,并利用...     

小型立式轴流泵站设计的几点经验

介绍了小型立式轴流泵站设计中经常出现的问题及解决办法.     

基于流固耦合的平板闸门动水关闭过程数值模拟

闸门动水关闭是一个复杂的物理过程,在此过程中的水动力特性及闸门本身结构特性易受到多种因素的综合影响.针对平板闸门动态关闭过程,采用动网格技术、RNG k-ε紊流模型及VOF自由水面处理技术三者相结合的方法建立了三维非定常水气两相流模型,在此基础上,进一步结合流固耦合方法针对不同因素综合影响下闸门的形变、等效应力的变化规...     

基于流固耦合方法的滑坡涌浪数值模拟

以GMO流固耦合模型和k-ε紊流模型为基础,采用VOF方法追踪自由液面,利用FLOW-3D软件平台建立三维数值模型,模拟刚性滑坡体沿斜坡运动所引起的涌浪产生及其传播过程,将数值计算结果与观测数据进行对比,验证数值模型研究此类问题的有效性,并分析流固耦合作用和滑坡体运动状态对涌浪生成和传播过程的影响。结果表明:模拟结果与观测数据吻合较好;忽略水体对滑坡体的作用会明显增加涌浪的首浪高度和传播速度,流固耦合作用主要影响滑坡体从接触水面到完全浸没的阶段(入水阶段)内涌浪的规模与传播特性;在滑坡体入水阶段采用流固耦合数学模型,而当滑坡体完全浸没于水下时采用指定滑坡体运动轨迹的计算模型,这样所得的结果亦能够准确反映涌浪的产生与传播特性。     

大型虹吸式轴流泵站启动振动原因分析

1 引言 60年代初期我省建设的一些大型虹吸式轴流泵站,包括江都一、二站在内,都普遍存在一个问题,即当净扬程超过一定数值时,启动过程中,水泵往往产生强烈振动,危及机组甚至水工建筑物的安全,机组无法投入正常稳定运行,严重影响泵站效益的发挥,成为急待改造的重大课题,也成为后续一些泵站过高选择水泵设计扬程的依据,从而使这些泵站的运行效率大大降低。 虹吸式轴流泵站启动过程中,水泵产生强烈振动的原因,既往已见有多种解释,归纳其解决这种振动的方法只有一个,那就是以较高扬程的水泵替换原装置水泵,即必须更换水泵     

基于浸入边界法的涡激振动流固耦合数值模拟方法

针对涡激振动的精确数值模拟,基于浸入边界法建立了一种处理涡激振动问题的流固耦合分区迭代数值求解模型,采用浸入边界方法处理振动结构的移动边界,并在Navier-Stokes方程中添加附加体力项以体现流固之间的相互作用.为实现流体与固体之间的强耦合作用,采用分区算法,在同一时间步内进行多次迭代求解直至收敛.为验证该方法,选...     

一体化泵站流动特性数值模拟分析

为探究一体化泵站在不同流量工况下泵站内部流动特性,基于不可压缩流体的连续性方程和雷诺时均N-S方程,采用计算软件CFD对一体化泵站进行数值模拟。通过不同特征工况下,分析了一体化泵站内部流动相关特性及水力性能影响。结果表明:小流量工况下,入水口流速平缓,集水池内流线上下扩散严重,多处出现漩涡,水泵效率偏低,随流量稍增,两水泵效率偏差增大;大流量工况下,水泵效率下降快,流线向管道Ⅰ偏流。从而在过小或过大流量工况下,会对一体化泵站的高效与经济运行产生一定影响。     

小型单基础立式轴流泵站在农村土地综合整治中的应用

在汉寿县北部湖平区村级泵站建设中,针对过去村级泵站主要存在的“三无二退一抛”问题,进行了广泛调研,设计出一套适合湖平区“末级小型单基础立式轴流泵站”通用图集,并加以推广应用70多处,取得了良好的效果,给农村末级泵站起到了示范作用。     

水力自动滚筒闸门振动特性的数值模拟及试验研究

水力自动滚筒闸门在泥沙淤积的情况下开启自如,可有效利用洪水资源。为将这一构想应用于实践工程,本文在模型试验和理论分析的基础上,结合数值模拟,研究了水力自动滚筒闸门在动水压力作用下的振动特性分布规律。对试验中不同种类运行工况下圆筒闸体振动加速度、振动频率、振动位移等振动特性进行研究与分析。利用ANSYS力学分析软件对横置圆筒闸体进行三维建模。考虑振动等动力学特性,采用双向耦合分析以解决振动与大变形问题,采用有限单元法对瞬态控制方程进行离散。比较振动位移的模拟计算结果与试验所测定结果,其变化趋势基本吻合,均当圆筒顶部在水面线附近时简体的振动位移达到最大。筒体在动水压力作用下的最大位移主要发生在沿水流方向的筒顶位置,需要在运行中加以注意。上述结论对于研究、设计直至具体制造应用这一新型自控闸门提供了重要的理论与试验依据。     

双向开敞式立式轴流泵装置数值模拟

基于CFD技术,采用RNGk－ε湍流模型,对三干河开敞式立式轴流泵4个工况进行全流场数值模拟,选取工况2和工况3泵装置流线,叶片压力、流线、速度和矢量分布以及导叶片的速度矢量等进行分析,并将模拟计算结果与试验结果进行对比。结果表明,模拟结果与泵段和泵装置模型试验数据较为吻合,表明该泵满足运行要求。该研究成果对同类泵站的选型和设计具有重要参考价值。     

输流管道流固耦合振动研究进展

管道在众多的工业领域中具有十分广泛的应用，发挥着极其重要的作用，但管道在工作过程中由于流体流动状态的变化引起喘振，诱发出流体、管道间的耦合振动，其动力学行为十分复杂，一直受到学术界和工程界广大研究者的重视和研究。本文对该领域线性和非线性研究内容及进展作了综述和讨论。     

钢制流道泵站肋板局部加高对结构振动的影响

在泵站运行过程中,机组和泵房的振动是最为常见且需予以高度重视的问题。结合某钢制流道立式轴流泵站工程,运用有限元软件ADINA对该泵站的振动传递路径进行了仿真模拟。根据该机组金属结构的实际构造,将轴流泵、泵轴、机架等建入有限元模型中,建立泵站混凝土结构-钢制流道-流体的三维流固耦合有限元模型,分析了钢制流道关键测点的应力、变形和振动响应;针对局部振动剧烈问题,提出了加强该部位肋板厚度的解决思路,重点分析了肋板局部加高对结构静动力响应的影响。分析结果表明,采用局部肋板加高的措施可以有效地降低钢制流道的应力、变形和振动响应。     

虹吸式轴流泵站抽真空启动的讨论

江都第一抽水站是我国兴建的第一座大型虹吸式轴流泵站,它设置抽真空系统的目的,是为降低启动扬程。此后兴建的同类泵站,均设置了抽真空系统。80年代初,不少专家发表文章充分肯定抽真空启动降低启动扬程,减少启动振动,在虹吸式轴流泵站有不可或缺的作用。1987年部颁泵站技术规范设计分册中也出现“11.3.1虹吸式出水流道或不具备自流充水的泵站,应设抽真空系统”这样的条文。然而,大型泵站长期运行的实践却证明了抽真空并不能解决虹吸式轴流泵启动振动可能长期不止和降低最大启动扬程这两个问题。     

混流式水轮机转轮双向流固耦合力学特性研究

为了解运行过程中的水轮机叶片应力、应变和流场的分布状况及规律,以某高比转速混流式水轮机为例,采用双向流固耦合算法,对其转轮叶片的应力应变情况和内部流动特性进行了研究和计算分析。研究结果表明,在高转速小流量的工况下,叶片的最大变形出现在出水边的下部,出水边中部也出现了比较大的变形,叶片的进水边、出水边与上冠及出水边与下环的相连接处出现了集中应力;在其他工况下,叶片的最大变形出现在出水边的中部,集中应力出现在叶片出水边与上冠的相连接处。该水轮机在正常运行的情况下,转轮叶片的变形很小,对内部流场的影响不大。因此,如果只是对水轮机进行水力性能方面的分析,则没有必要进行双向流固耦合计算。     

基于Fluent的南水北调闸门流固耦合数值模拟研究

水工钢闸门在南水北调中线工程中应用较为普遍,对工程的安全及有效输水起着较重要的作用。利用现场闸门检测结果,验证了所建数值模型的合理性,采用CFD(Computational Fluid Dynamics)方法,利用RNG k-ε湍流模型,基于流固耦合理论,结合ANSYS Workbench平台内的Fluent分析模块及Static Structural分析模块,对闸门在不同开度下进行数值模拟分析,得出流场的水流压强和闸门的Mises应力及位移,探寻在不同开度时流场压强及闸门受力规律。结果表明：随着闸门开度的不断减小,闸门底缘附近的压强不断增大,同时闸门面板及主横梁的Mises应力及位移均是不断增大的,尤其当闸门开度小于0.40后,闸门附近处压强有明显增大趋势,面板和横梁的应力及位移有明显增大现象。     

基于流固耦合的螺旋桨数值模拟和尺度效应分析

桨模和实桨由于尺寸和雷诺数的差异,会造成流场特性的变化,而且实桨的水弹性问题也不可忽略。该文首先对VP1304桨的敞水特性进行数值模拟,采用CFD耦合FEM的双向流固耦合(FSI)算法,计算结果与试验值和相关文献吻合良好,验证了算法的合理性。再以KP505桨为研究对象,分析弹性螺旋桨水动力特性、结构响应和激振力的尺度效应。分析结果表明：分析螺旋桨水弹性行为对其水动力特性的影响时应考虑尺度效应;不同缩尺比的镍铝青铜(NAB)桨桨叶的相对位移量存在一定差异,实桨的高应力区有所扩大;水弹性行为和尺度效应对螺旋桨诱导的脉动压力都存在一定程度的影响,且随着负载的增大,两者的影响更加显著。     

基于流固耦合的农用风力机叶片应力及振动仿真研究

以农田水利工程使用的额定功率为1 000 W的小型水平轴风力提水机叶片作为研究对象,对叶片强度进行了单向流固耦合数值模拟,得到了叶片多种工况下的受力变形规律。基于流场计算结果,对叶片进行了预应力模态分析和无预应力模态分析,得到了叶片前6阶振型和不同工况下的固有频率。结果表明:叶根部位存在局部应力集中,风力机叶片静应力随风速增大有不同程度的增大,且最大静应力远小于许用应力,不足以使叶片产生裂纹。预应力作用使叶片固有频率有所增加,随风速增大影响越大,尤其对低阶频率影响更加明显,对叶片进行振动分析应进行考虑。