大型水电站厂房结构流固耦合振动特性研究

浅析了流固耦合振动机理,探讨了流固耦合振动问题的分析方法,分析了厂房结构同流体相互作用的复杂的边界条件,并利用强耦合法把有限元理论和声场理论结合起来,计算了某大型水电厂房流固耦合振动特性,并与无流体存在情况下的厂房振动特性进行了比较,详细阐述了两者之间的藕联特点：流体的存在对发电机层以上结构和下游副厂房结构的振型无明显影响,但对于蜗壳外围大体积混凝土结构影响却较大,其对应振型的频率值相差在10%～25%之间。对于解决水电厂房结构与流体耦合振动问题的三维数值模拟提供了一种可靠而有效的方法,同时,对于解决其它类型的流固耦合问题也具有重要的参考价值。     

水电站厂房振动传递路径的仿真模拟及结构振动特性研究

基于泸定水电站厂房,研究提出了水电站厂房非定常湍流、机组及混凝土结构相互作用的流固耦合振动分析方法,对流体压力脉动的振动能量传递路径进行了仿真模拟,建立了厂房全流道湍流-整体结构流固耦合振动分析的全耦合仿真模型。通过流体和固体交错迭代考虑流体和固体间的耦合作用,进行时程振动计算分析。结果表明,水轮机叶片与导叶间静动干扰所引起的流体脉动压力对厂房整体结构振动影响较为显著,座环安放处混凝土的振动相对最为剧烈,研究成果揭示了水电站厂房的整体振动规律。     

单桩式海洋风电装置风振数值分析和现场监测研究

为了研究大型单桩式海洋风电装置风振效应较为显著的原因,利用p-y曲线法考虑结构的桩土相互作用,理论分析了风-结构流固耦合的原理与特性,并通过ADINA软件建立了"风轮-机舱-塔架-基础"整机的数值模型,对风电装置整机结构的风致振动问题进行了数值模拟,并与现场监测数据进行对比。结果表明,数值模态分析与现场监测结果较为吻合,考虑流固耦合效应的风致风电机整机结构的动力响应数值分析与现场振动监测结果较为接近,且趋势一致。研究成果证明了文中提出的整机数值模型和数值风洞对风电机整机结构进行风振分析的可行性与可靠性,可为风电装置结构设计及振动控制仿真研究提供科学依据,为类似工程结构的风振分析提供借鉴。     

洋流冲刷下的海底电缆动力学有限元分析

利用ANSYS软件,采用直接流固耦合的方法建立了洋流冲刷海缆的三维有限元模型,采用FLUID142单元建立流体域,SOLID1185和SHELL181单元建立海缆本体固体域模型,通过定义流固耦合交界面实现流固耦合,完成洋流冲刷下的海底电缆动力学有限元建模。最后进行仿真计算,并对仿真结果数据进行提取和处理,获得了海缆各层结构的位移和应变数据。     

风力机叶片流固耦合计算分析

流固耦合条件下风力机的叶片变形及振动分析对大型风力机的安全具有重要意义。采用k-SST紊流模型和滑移网格技术,对美国国家可再生能源实验室5 MW海上风力机叶片进行了流固耦合计算分析。结果表明:叶片在额定风速流固耦合作用下会发生挥舞方向、摆振方向变形和扭转变形,越接近叶梢,叶片变形就越大而且变形呈非线性分布,而在叶片中段容易出现应力集中区;考虑叶片流固耦合作用时叶片所受到的持续平均气动力略大于未考虑叶片流固耦合作用时的情况;叶片流固耦合作用使叶片气动攻角、扭矩增大;而叶片攻角增大是导致叶片扭矩增大的主要原因。     

基于流固耦合的无人机主推进电机温度场研究

以无人机主推进电动机为研究对象,基于流固耦合传热理论,结合无人机主推进电动机通风特性及开启式结构特点,建立电动机在强冷却条件下流固耦合物理模型与数学模型,给出温度场计算方法,得出主推进电动机额定状态下温度分布及轴向剖面温度分布及主要部件的温升变化规律。对电动机进行风洞与飞行试验,并将试验结果与理论分析进行对比,验证理论分析的正确性。研究结果可为无人机主推进电动机温度场研究及优化设计提供理论依据。     

大型水电站厂房结构流固耦合分析

采用基于势的流体单元模拟水电站厂房流道内水体,通过流固耦合界面反应水电站厂房结构与流道内水体的相互作用,对结构的自振和抗震特性进行数值求解,并与不考虑水体时的计算结果对比。研究成果表明,流道内水体不同程度地改变了厂房结构的固有振动特性,且对高阶频率影响较大;考虑水体时结构各典型部位的振动位移、振动应力均大于不考虑水体的计算结果;水体对厂房上部结构振动位移的影响较大、对下部大体积混凝土结构振动位移的影响较小;对下部结构振动应力的影响较大、而对上部结构的影响相对较小。     

不同来流下薄平板流固耦合特性分析

薄平板的流固耦合特性研究在核反应堆板状燃料组件和风力透平叶片等方面具有广泛的应用背景。基于非定常流动和弹性薄平板振动理论建立了薄平板的流固耦合特性研究模型,并得到了平板的振动特性以及平板周围流场的非定常流动特性。结果表明：平板在持续稳定的来流冲击下,主要以其一阶固有频率产生振动,平板的振动属于自激振动;相同攻角条件下,流固耦合现象随流速的增加而更加剧烈。对比平板在相同来流下考虑和不考虑流固耦合的分析结果表明：不考虑耦合时作用在板上的持续平均气动力大于考虑耦合时的情况;流固耦合过程中,平板振动对涡的形成产生抑制,保持平板的附着流,延迟分离。     

计及铁心叠片规则与流-固耦合的特高压并联电抗器铁心振动计算方法

针对现有计算方法无法准确表征油浸式特高压并联电抗器铁心叠片规则且未考虑流-固耦合影响的问题。根据特高压并联电抗器铁心叠片规则定义了一组叠片坐标系,并构建了与空间直角坐标系的映射,实现了2种坐标系下参数的自由转换。结合电磁-机械多场耦合模型,重点分析了铁心与变压器油间的流-固耦合,提出了计及铁心叠片规则与流-固耦合的特高压并联电抗器铁心振动计算方法,填补了具有辐射结构铁心饼的油浸式双柱特高压并联电抗器铁心振动计算方法的空白。分别分析了铁心饼辐射结构和流-固耦合对电抗器铁心电磁与振动参数的影响,证明了文中所述方法能够提高电抗器铁心振动参数的计算准确性。在此基础上,应用该方法对比分析了典型结构单、双柱特高压并联电抗器铁心的电磁与振动参数,研究结果表明:单柱式铁心结构的电磁、振动参数分布较双柱式更为均匀,振动性能更为优异。     

强度振动研究室开拓进取的10年

本文主要对研究试验中心强度振动研究室10年来在发电设备科研、设计和生产服务中的主要工作和取得的主要成绩进行了回顾,重点介绍了水轮发电机组刚强度、疲劳分析、动力稳定性、流固耦合、热结构耦合、地震响应等计算分析和试验研究;汽轮发电机和核能发电机刚强度、动力特性、隔振性能等计算分析和试验研究。结合发电设备行业的发展趋势和公司的长远规划,提出了强度振动研究需要解决的主要问题。     

水轮机固定导叶的自振特性

首先模拟原型观测两端弹簧刚度,用20节点等参元求解固定导叶在空气中的自振特性;进而推导了固定导叶的水体附加质量,并计算其在水中的自振特性。     

模型固定导叶动态特性试验研究

通过试验研究了固定导叶结构在空气中及水中的固有频率及振型，得到了其固频率在水中的变化规律，研究了不同水深对湿模态固有频率的影响，指出了数值计算时的流体域范围。     

振动消除残余应力的有限元法研究

介绍了用Ｉ－ＤＥＡＳ程序的结构动态分析功能对水轮机座环进行动态分析，得到了座环的整体固有频率，振型及模态应力，计算结果与实测结果十分吻合，经分析得到了振动消除残余应力的较好方法。     

水泵水轮机开机过程水力特性研究

抽水蓄能电站水泵水轮机组在开机过程中产生剧烈的压力波动,转轮内复杂流动和压力脉动是引起固定部件强烈振动的主要原因之一。因此,需要对水泵水轮机开机过程的物理机理进行深入研究。本文同时建立了厦门抽水蓄能电站管路系统的一维特征线水力模型及水泵水轮机组过水流道的三维流场计算模型,开展了机组发电开机过程一维三维耦合的数值计算,重点分析了机组开机过程瞬时流动特点,以及转轮径向力和轴向力变化与外特性的内在关联性。研究发现,机组开机至空载状态时,由于导叶开度小、转速上升快,在无叶区形成了速率很高的水环,同时转轮流道内充斥着大量复杂的漩涡结构,导致了流量与转矩的突降。导叶动作、转速对径向力、轴向力的变化规律有直接的影响,开机过程中转轮径向力的变化趋势与活动导叶动作过程基本一致。轴向力的变化趋势与机组转速变化基本一致,转速和轴向水推力数值总体上为逐渐增大的趋势。本文研究结论为抽水蓄能机组和高水头混流式水轮机的开机过程物理机理和规律提供了有价值的参考。     

三板溪水电站模型水轮机优化设计

效率、空化和稳定性是水轮机的三个重要指标,本文通过三板溪电站模型研发,通过CFD分析,对模型水轮机的蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮、尾水管进行了全面的优化设计。通过模型试验验证,三板溪电站水轮机水力性能得到了全面的提升,模型最高效率达到了95.2%,空化性能和稳定性都达到了预期目标,CFD分析结果与模型试验结果基本吻合。     

中高水头混流式水轮机组导叶轴颈密封结构优化研究

本文通过分析以往中高水头电站混流式水轮机组导叶轴颈结构,指出导叶轴颈法兰盘处绕流漏水会对机组的安全稳定运行造成不利影响,并以某水电站为例进行了导叶轴颈绕流漏水量的计算,证实了导叶轴颈法兰盘处绕流漏水量会影响机组停机后的导叶封水效果。为减小导叶轴颈绕流漏水量,提出了三种防止导叶轴颈绕流的密封结构,经综合比较各种结构的优缺点,选定其中一种结构在白鹤滩电站百万机组设计中应用。本文的研究成果可供其他中高水头电站机组设计或检修改造时参考。     

超临界机组循环水泵振动异常原因分析及处理

介绍了广西某发电厂循环水泵在运行中突然振动大的经过及解体检查情况,找出导致水泵振动大的主要原因是导叶体受到海水腐蚀导致动静配合面间隙变大。通过对导叶体修复处理,消除了循环水泵振动噪音异常增大的缺陷。     

利用Euler梁模型计算汽轮机叶片静频和动频的传递矩阵法

根据在定常轴向力作用下,均匀梁的横向振动方程,推导了其固有振动特 连续质量传递矩阵模型。通过对模型的修正,获得了在分布轴向力作用下梁振支睡传递矩阵模型,并使用该模型计算了在不同分布轴向力作用下悬 固有频率以及４３２型叶片的频和动频,结果表明悬臂梁的固有频率以及４３２型叶片的静频和动频,结果表明此方法不仅能精确地计算在分布轴向力作用下梁结构的振动特性还能比较准确地计算叶片的静态和动态振动特性。     

三峡水轮机的非定常湍流计算及整机压力脉动分析

本文对三峡原型混流式水轮机进行了三维非定常湍流计算，得到了水轮机的非定常流场，预测了尾水管内、转轮前、活动导叶前、固定导叶前和蜗壳进口的压力脉动。通过与模型试验结果进行比较可以看出，本文提供的计算结果能够准确预测水轮机内的压力脉动。分析结果表明，尾水管内涡带及转轮与活动导叶间的动静干扰是产生压力脉动的两个主要脉动源，并在整个水轮机流道内传播。