水轮机转轮叶片流固耦合水力振动分析

基于有限体积法的有限元,采用非结构网格对控制方程离散,时间上采用二阶后退欧拉法,固体采用非线性弹性瞬态模拟,流体为不可压缩黏性流体,进行双向交错迭代耦合模拟计算。计算得知最大网格位移大约出现在叶片测试点2的位置,从整个曲线变化趋势可以看出,在t=0.5s时,叶片上网格位移最大,也就是说叶片摆幅较大,这样就会导致整个转轮偏心,进而引起整个水轮机的振动。     

变形介质多相流动流固耦合数学模型

变形介质油藏和城市地下水层中由于液体被采出，地层压力下降，有效应力发生变化，使整个含水、含油层的地应力状态改变，多孔介质骨架变形和发生位移，岩石的物性参数（渗透率、孔隙度、压缩系数等）随之变化，这种现象越来越受到人们的注意，本文基于达西定律和岩石力学弹性定律，在以前的科研工作基础上，把岩石骨架变形引入模型中，建立多相流体在变形多孔介质中流动时由于孔隙压力变化耦合数学模型。在此模型中，渗透率、孔隙度、压缩系数均为压力的函数。     

长短叶片水轮机转轮内固液两相流数值模拟

运用RNGκ-ε湍流模型和两相流混合模型,分别对常规叶片和长短叶片的混流式水轮机全流道在不同开度下的含沙水流运动进行数值模拟,并对常规叶片转轮磨损情况与实验结果进行比较分析。对固体颗粒在2种转轮内的流动状况及叶片表面泥沙磨损程度进行分析时发现:2种转轮叶片表面泥沙颗粒速度曲线趋势相同,都是在叶片进口处存在速度最大值;在最优工况下,常规叶片表面的泥沙浓度要高于长短叶片,在叶片进口压力面和出口处出现了严重的泥沙磨损;长短叶片表面的泥沙浓度分布更为均匀。此外,在计算过程中还发现,叶片进口压力面的磨损程度随开度的减小而稍有加剧,最严重区域发生在距叶片进口1/5位置处。     

考虑流-固耦合作用的深基坑变形性状研究

为研究渗流-应力耦合作用下基坑支护作用机理与变形性状,采用有限元分析方法对渗流影响下基坑开挖支护模型进行计算分析,并将监测结果与数值模拟数据相互对照,研究地下水对支护构件变形与土层位移的影响。研究表明:①工程降水状态下,地下水浸润线以下土层中,土体呈现为饱和状态,土体从非饱和朝向饱和状态过度下,基质吸力逐渐丧失,孔隙水压力也由负值逐渐转变为正值;②坑内降水形式下,降水井周边土体中孔隙水压力降幅较大,基坑两侧孔隙水压力在连续墙附近发生明显突变;③考虑地下水渗流及工程降水前后,连续墙体变形增幅达到21.818%,坑底土体的隆起量降低幅度达32.571%,工程降水对基坑开挖面土体表现出明显的压密作用。     

变形多孔介质流固耦合非线性渗流模型及解析

渗流的流固耦合问题在理论上与实践中都十分重要。考虑可变形多孔介质的渗透系数和孔隙率的变化依赖于压强变化,由渗透系数与渗透率的关系,结合非线性渗流流体质量守恒方程和连续性方程等基本微分方程建立了一维流固耦合非线性渗流问题的数学模型,推导了可变形介质非稳定渗流场微分方程。利用分离变量法推导出孔隙水压随时间和空间的变化关系的解析解,分析了渗流方程中的控制参数对渗流的非线性程度的影响。通过引入物理参数的方法处理渗流随时间的变化,并阐明了非线性渗流机理,最后定性分析了影响流体渗流压强分布的因素。     

水工结构流固耦合动力特性分析

本文给出了结构位移与流体速度势表示的结构－水流作为统一流固耦合系统的基本方程与定解条件，从加权余量的伽辽金方法出发，导出系统的有限元方程，对某弧形闸门的动力特性进行了详细分析，得出了弧门在不同开度下流固耦合的理论模态特性。     

黄河大堤丁坝流固耦合分析研究

将黄河大堤丁坝概化为三维地质模型,考虑坝体建成后水位保持施工期水位和坝体建成后水位升至设计水位2种工况,对坝体和渗流的相互作用进行了耦合分析。结果表明：在第一种工况下丁坝最大沉降量为5.2 cm,在第二种工况下丁坝最大沉降量为2.14 cm;丁坝内部应力以压应力为主,在丁坝裹石台阶边缘存在拉应力,在台阶内侧存在应力集中现象。     

基于流固耦合的低水头混流式水轮机转轮叶片静力分析

依据西南某低水头水电站混流式水轮发电机组增效扩容改造项目,对新水轮机转轮进行数值模拟,采用单向流固耦合方法,研究转轮叶片在拟定水头下,导叶开度从17°~33°运行工况时的静力特性。结果表明在不同工况下该转轮叶片最大静应力与开度关系变化趋势基本一致。     

基于ADINA的混流式水轮机流固耦合分析

以连续方程、动量方程、Reynolds应力方程和RANG湍流k-ε模型为控制方程,采用流固耦合理论追踪耦合界面,建立了混流式水轮机数值模型。通过ADINA软件平台,采用流固耦合模块,实现了转轮叶片与内部流场耦合的模拟,得到了转轮结构的应力应变、流场的压力、流速和k-ε分布。     

联体式渡槽流固耦合动力特性分析

基于势流体假设建立渡槽——水流固耦合二维联体式渡槽模型,分别计算比较刚性地基约束情况和考虑桩土作用的弹性地基约束情况的渡槽结构在不同水深工况下的计算结果,分析了联体式渡槽的动力特性以及土一桩结构相互作用对上部结构动力特性的影响。计算结果表明：槽内水体使结构自振频率降低,并且随着水深的加大频率降低越多;考虑桩一土相互作用使渡槽结构变柔,自振周期变长,因此在渡槽的静动力计算分析中有必要考虑桩土作用。     

排架式渡槽流 固耦合动力特性分析

本文分析了排架式渡槽横向流 固耦合动力特性，计算结果表明：排架式渡槽流 固耦合系统的模态可分为两类：一类为“流体振荡模态”，以流体的晃动为主，反映了流体固有晃动模态在耦合系统中的影响；另一类为“结构振荡模态”，以结构的振动为主，反映了结构固有振动模态在耦合系统中的影响。提出了两种特征值问题的计算方法，将其应用于实例计算，讨论了两种方法的优缺点。     

平面钢闸门流固耦合分析与优化设计

针对潜孔平面钢闸门在启闭过程中,受水流脉动压力荷载作用可能引起强烈振动而容易发生 破坏的问题,以某引水工程取水口工作闸门为例,运用有限元软件,采用流固耦合法,对平面钢闸门进行 了流固耦合分析,得到闸门的自振频率;通过对闸门进行水动力学模型试验分析,得到作用在闸门底缘 上的脉动压力能量主要集中在20Ｈｚ以内,并以此预测出闸门有产生共振的风险。为防止闸门在运行中 产生共振,对闸门进行优化设计。结果表明,通过提高闸门的自振频率,使闸门的自振频率远离脉动水 流高能区,能够有效预防闸门产生共振的风险。     

长岗坡渡槽流固耦合特性分析

以广东长岗坡渡槽为研究对象,考虑运行期水体与槽体间的耦合作用,运用ANSYS有限元软件建立渡槽流固耦合模型,采用Unsymmetric法提取有水和无水两种工况的模态结果,获得前5阶频率和主振型。结果表明:渡槽结构的基频为1.034 Hz;渡槽结构的主振型以横向振型和整体振型为主;运行水位工况的各阶频率均小于无水工况,水体的存在削减了结构自振,因此在结构抗震设计和安全评价时应考虑流固耦合作用。     

弧形钢闸门流固耦合自振特性分析

为了使设计的闸门自振频率远离水流的高能脉动主频率段,以保证闸门的安全,采用三维有限元的数值方法,考虑流固耦合作用,得出了弧形钢闸门在不同开度下的自振频率和振型模态特性。计算结果表明:水体对闸门的影响总趋势是使其自振频率降低、振动模态发生变化;闸门的自振频率随着开度非线性变化。     

ANSYS—CFX单向流固耦合分析的方法

在用Ansys软件对风轮进行结构静力分析的过程中,无法从流体计算软件FLUENT中直接获取叶片在流场中所受的压力,即风施加在叶片上的瞬态压强值。此类问题的研究属于流固耦合的范畴,也是目前流、固体力学研究领域比较前沿的课题。通过研究ANSYS—CFX组合软件,发现了分析单向流固耦合问题的方法,从而在3D软件Ansys Workbench中实现了对风轮受力变形更合理、更精确的数值模拟。     

桩基防洪墙三维流固耦合的数值分析

为了提出桩基防洪墙加固方案,并研究加固方案的效果,以某重要防洪墙工程为背景,根据有效应力原理,建立"防洪墙-桩-地基"三维流固耦合数学模型。先就防洪墙位移对地基参数进行敏感性分析,发现水位不同时位移对地基参数的敏感性不同,且地基塑性区扩大的过程,也是位移由变形模量主导过渡到由抗剪强度主导的过程;再根据观测值反演杂填土抗剪强度,并对2005年超标洪水位下防洪墙的变位进行了计算,发现地基存在较大塑性变形,有除险加固的必要;然后根据地基应变区分布提出地基加固方案;通过加固前后防洪墙变位的计算和对比,发现采用充填灌浆加固后防洪墙位移减少38.2%,加固效果明显。研究表明:经率定的数学模型和研究方法可较好地反映防洪墙的变位特性,为设计、加固和方案比选提供参考和依据。     

水位下降边坡的流-固耦合弹塑性分析

基于非饱和土流-固耦合理论,建立考虑塑性变形的水位下降边坡模型,研究土体的弹塑性对渗流场、应力场和位移场的影响,并与弹性边坡的耦合计算结果进行比较。结果表明,考虑土体弹塑性对边坡渗流场的影响不大,对应力场的影响主要在坡脚,弹塑性解能反映水位下降时坡脚应力集中向深部发展的现象,而弹性解无此现象;在弹塑性模型中,边坡位移场与饱和渗透系数和水位下降速度有关,且在坡脚更为显著。     

基于ADINA流固耦合的进水塔自振特性分析

基于ADINA流固耦合方法,采用基于势的流体单元模拟进水塔内外水体,通过流固耦合界面反应进水塔和水体的相互作用,对结构的自振特性进行数值求解,并与水体按附加质量处理方式的结果对比。低水位下,附加质量法过于保守,周围水体不但显著影响进水塔自振频率,对振型也有较大影响。     

有限变形下固流多相介质耦合问题的数学模型及失稳条件

本研究以多相连续介质力学理论为基础，把多相连续介质抽象为叠合连续体，考虑了固相骨架的有限变形、液相及气相之间的相互作用，建立了固-液-气三相介质相互耦合变形力学的基本理论和数学模型，提出了固相骨架有限变形下三相耦合介质的失稳条件．有限变形下失稳的临界条件对应着固相骨架的总刚矩阵奇异，为多相介质力学问题的数值模拟提供了理论基础．     

基于声-固耦合的水轮机转轮动力特性研究

水轮机转轮的动力特性对水力发电机组和电站厂房的振动噪声设计具有重要意义。基于声-固耦合理论,考虑转轮表面水压及离心力应力刚化效应对转轮动力特性的影响,建立了一种转轮湿模态计算模型。以某电站水轮机转轮为研究对象,研究结果表明:相比干模态,湿模态具有相同的振型,但固有频率有所衰减,前4节径模态衰减系数约为0.77;转轮工作应力主要由离心力引起,表面水压作用较小,应力刚化不会改变转轮的湿模态振型,但会使固有频率略微提高,前4节径增长比不大于2.14%。