高水头平面闸门流激振动的数值模拟

针对高水头下平面闸门在启闭过程中受水流脉动压力作用可能引起强烈振动而容易发生破坏的问题,以某水电站导流底孔中工作闸门为例,采用势流体流固耦合理论,利用ADINA有限元软件建立水体—闸门流固耦合模型,通过输入水力学模型试验实测脉动压力时程曲线,计算分析了闸门局部开启时的流激振动特性,获得了闸门振动应力、位移、速度、加速度等分布规律,并根据闸门相关振动控制标准,判断出该闸门结构振动较轻微,满足标准要求。     

大型水工弧形钢闸门流激振动物理模型—数值模型计算分析

针对大型弧形闸门在局部开启过程中因受水流脉动压力而导致的振动问题,以某水利枢纽弧形工作闸门为例,通过建立闸门有限元模型,计算了在考虑流固耦合影响下闸门的自振特性,并与模型试验测得的脉动压力特性进行对比,发现闸门发生共振的可能性不大。在模型试验测得的水流脉动压力的基础上,利用随机振动方法计算出闸门在典型水位不同开度下流激振动应力响应和位移响应。根据计算分析结果对大型弧形闸门的振动安全进行评价,并对闸门的安全运行调度提供合理的建议。     

低水头中铰上翻闸门流激振动响应分析

以龙华港节制闸中铰上翻闸门为例,采用物模数模联合预报法对低水头中铰上翻闸门进行流激振动响应分析.结果表明,该法可较好地满足工程分析要求,为闸门结构动力设计提供了依据,并为中铰上翻门新门型的推广应用提供了参考.     

角木塘弧形闸门流激振动响应特性研究

为研究角木塘水电站溢洪道表孔弧形闸门出现的流激振动现象,通过制作几何比尺为1∶30的完全水弹性相似模型进行相关试验,研究弧形闸门在有无止水时的应力响应和加速度响应特性,以得到闸门在不同开度下应力的规律性变化。试验结果表明,静应力在无止水时的压应力大于有止水时的压应力,动应力在有止水时随闸门开度的增大先增加再减小,加速度在无止水时最大值为0.761g,有止水时最大值为0.699g,加装止水后加速度值减小,振动现象得到改善,动力响应满足闸门抗振设计要求。     

基于CEL理论的弧形闸门流固耦合的数值模拟

针对弧形闸门结构受力复杂且受水流脉动压力作用可能发生剧烈振动而发生破坏的问题,以某水电站泄洪冲沙工作闸门为例,采用耦合欧拉-拉格朗日理论（CEL）,利用有限元软件ABAQUS建立水体-闸门流固耦合模型,综合考虑了流激振动对水工金属闸门启闭过程中的闸门变形和动态响应的影响,获得了闸门振动位移、应力和接触力等的变化分布规律。结果表明,该方法可较准确地评价水工金属闸门的安全性和结构设计的合理性,为同类结构的设计评价提供了参考。     

某深孔平面钢闸门失事原因分析

针对某水电站深孔平面钢闸门在运行过程中损坏的问题,考虑流固耦合作用,建立闸门与水体三维有限元模型,分析了闸门自振特性及动力响应,探讨了闸门失事原因。结果表明,闸门的一阶频率与水流脉动主频较接近,有发生共振的可能;动水作用下,闸门部分构件出现了较大的位移与应力,超过了规范容许最大值。闸门失事可能由振动破坏、强度破坏等原因导致,研究结果为平面钢闸门的工程设计和应用提供了参考。     

表孔弧形闸门静力数值模拟

应力监测是闸门实时在线监测系统的重要组成部分,为使应力监测结果更精确,欲借助数值模拟还原清零状态时各个点位的应力值。为验证其可行性,在现场进行空载试验,得到闸门在100、8 000、9 800mm开度时各点位的应力值;再利用有限元软件数值模拟闸门相应状态的静力,并对比数值模拟结果与闸门实时在线监测系统监测的结果。结果表明,数值模拟结果与实际空载试验数据匹配良好,可以使用数值模拟为闸门实时在线监测系统提供清零后的初始应力值。研究成果可为闸门应力实时监测提供参考。     

大型汽轮机汽流激振研究现状及展望

分析和总结了大型汽轮机汽流激振的产生机理及特征。对国内外汽流激振研究概况作了介绍,并重点对效率系数β的取值进行了介绍和分析,认为β值与偏心、叶顶间隙、叶距、叶片进出β相对汽流角及升力系数等诸多因素相关,且取值跨度较大。从加大转子刚度、增大系统阻尼和减小汽流激振力等方面对汽轮机汽流激振的预防及消除措施进行了总结,最后从效率系数β的取值、非线性动力学问题的求解、汽封的形式、叶片激振力的优化及轴系稳定性等5个方面对大型汽轮机汽流激振的研究存在的问题及今后的研究方向做了展望。     

平板闸门闭门过程水流流态数值模拟研究

本文以某水利枢纽工程多道闸门为研究对象,采用VOF方法、UDF命令与动网格技术对其进行了数值模拟,得到了平板闸门闭门过程的水流流态与压力分布,发现随着开度减小,速度先增大后减小,压力先减小后增大,最值区域出现在开度0.6～0.7之间,最小平均压力27866Pa,最大平均压力36754Pa,揭示了水流流态与压力分布规律,随闸门开度减小会出现旋涡与水体分流现象,上下游顶缘压力均先减小后增大,下游底缘压力顺水流减小,上游底缘压力顺水流方向先减小后增大。研究了入口速度对水流流态的影响,发现入口流速不同对流道速度值有一定影响,对水流流态分布没有影响。     

深层隧道竖井流激振动响应分析

针对某深隧工程中竖井结构因受水流脉动压力产生的流激振动响应问题,采用物理模型-数值计算联合方法构建竖井消能工三维有限元模型,通过对竖井消能工的流固耦合有限元计算,得出竖井消能工在不同流量工况下的自振特性,将试验测得脉动压力进行频谱分析得到优势频率,并与自振特性进行对比分析;采用随机振动法算出水流脉动压力作用下的动力响应,通过对比不同厚度的消能工台阶动力响应结果确定最优尺寸。结果表明,推荐方案竖井体型与水流发生共振的可能性不大,且振动量微小,因此从经济角度可考虑适当减小消能工台阶厚度。     

大型水轮机顶盖动态特性数值模拟与试验研究

顶盖作为大型水轮机的主要承载部件,在实际运行过程中经常出现振动超标问题,严重威胁整个机组的安全运行。为此,从结构的动态特性出发,基于有限元法,建立了顶盖的高精度动力学仿真模型,采用Block Lanczo法求解得到前6阶固有频率,同步开展模态测试,可发现有限元计算结果与测试结果非常吻合,相同振型的固有频率最大误差仅为5.2%。接着开展工况振动测试,测得了顶盖工作时的径向和轴向最大振幅和振动频率,将此作为输入条件,基于动力学模型进行动力学响应分析,得到了振动状态下顶盖的结构应力。在此基础上,进一步进行谐响应分析,得到激励频率对结构应力的影响规律。结果表明,顶盖径向振动的危害远大于轴向振动,径向振动引起的振动应力为108 MPa,而轴向振动最大工况振动应力仅为36.7 MPa;振动应力随激励频率的变化出现宽幅波动,在81Hz附近,顶盖应力均存在明显应力尖峰值。     

蒙城弧形钢闸门的三维数值分析

基于有限元分析软件ANSYS建立了蒙城船闸上游弧形钢闸门的三维数值模型,计算分析了船闸在各种工况下的闸门应力、位移挠度等静力特性.并对弧形闸门进行了模态分析,计算了闸门在不同开度下的自振频率.     

直流式系统中平板型太阳能集热器数值模拟研究

由于非稳态传热问题通过理论计算得到解析解较困难,本文运用数值模拟方法研究定温放水型直流式系统中平板型太阳能集热器的工作状况,讨论了集热器的管径和管中心距在非稳态传热条件下对集热器的效率和每平方米产水量的影响.可得到结论扁盒式集热器具有较高效率;相同条件下,管径越大集热器效率越高.该结果有利于优化直流式平板集热器的设计参...     

横隔板式鱼道水力特性数值模拟研究

为改善堤、坝等阻碍鱼类洄游的现状应用了鱼道、鱼闸等过鱼设施,采用RNG κ-ε湍流模型和有限差分法对兴隆水利枢纽工程鱼道进行了数值模拟,分析了淹没孔口式横隔板鱼道的流态和紊动能,研究了过鱼池和休息池的水力特性。结果表明,淹没孔口式横隔板鱼道的孔口水流具有固定特性,紊动能的分布空间较广,消能效果较好。过鱼池和休息池内水流的流态较稳定,能满足过鱼对象的需求。     

声波诱导湍流的实验研究与模拟计算

为了研究声波特性对流体流动的影响,搭建了声波与流体流动的实验平台,研究了调制声波频率和声压级等因素对流速的影响.利用Comsol软件对声场与流场进行数值计算,分析了流速实验值与计算值之间的相对误差.结果 表明:声压级＜125 dB时,声波不论与流体同向还是逆向对流速均无影响;当声压级在125～＜132 dB,且声波与流体同向时,随着声压级的增大,流速脉动幅值变化减弱,强化了流体层流状态;当声压级在132～155 dB时,随着声压级的增大,流速脉动幅值增大,声压级达到153 dB左右时,流速脉动幅值产生爆发性增长从而引发湍流激变.声波与流体逆向时,当声压级在125～＜145 dB,随着声压级的增大,流体脉动幅值先增大后变化缓慢;当声压级在145～155 dB时,随着声压级的增大,流体脉动幅值增大,在相同声压级条件下,随着声波频率的增大,流速脉动幅值变化缓慢;声波与流体同向时,声波频率对流体流速基本无影响;声波与流体逆向时流速脉动幅度的增长率要比声波与流体同向时低.     

板式换热器性能的数值模拟

建立了人字形板式换热器冷热双流道的流体流动与传热计算模型,利用计算流体力学软件对5组不同速度工况下换热器内流体的流动和传热进行了数值模拟,分析了换热器流道内的速度场、温度场和压力场.结果表明:数值模拟得到的板式换热器进、出口温差和压降与试验测量值的误差均小于6%;换热器内流体的流动和传热存在明显的不均匀性,导致其进、出口的另一侧出现明显的传热"死区";换热器的总传热系数和流道阻力均随着流体流速的增大而增大.     

钢板横向感应加热磁-热耦合的有限元数值模拟

采用电磁-热耦合二维有限元法模拟钢板感应加热,得到了加热频率和电流密度对加热时间、加热速度和温度均匀性的影响。结果表明,采用U型线圈加热钢板,可以形成一个完整的磁回路,符合感应加热钢板的要求;频率增加能够缩短加热时间和扩大钢板温度的温差;而电流密度增加,加热时间缩短,其对温度均匀性的影响则随电流增加温差增大。     

苹果差压预冷包装箱的传热数值计算与实验研究

针对苹果差压预冷问题，建立了预冷过程包装箱的传热模型，分别采用数值计算和实验的方法进行了研究。实验表明，本文建立的传热模型是可靠的。这种数值计算方法为实际工程苹果差压预冷系统的优化设计提供了理论依据。