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。     

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。     

水轮机部件流固耦合振动特性研究

本文把有限元法与边界元法相结合来计算水轮部件流固耦合振动问题。结构用有限元离散,用边界元计算结构周围的流体。编制了结构水下流固耦合振动的通用计算程序。对已有理论解的水中实心圆柱悬臂结构进行了计算,把计算结果与理论解作了比较。文中还对轴流式转轮叶片进行了流固耦合计算。为了更好地验证本文提出的计算方法和所编程序,还设计了一个模型固定导叶,对其进行了流固耦合计算分析和空气中及水中动态特性测试,计算结果与试验结果吻合较好。     

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。     

汽动给水泵出口阀振动原因分析

针对华能丹东电厂汽动给水泵(汽泵)在高转速运行时出口阀出现的强烈振动故障,通过现场试验及解体检查,对其振动原因进行了较详细地诊断分析.分析表明,汽泵动静间隙增大,平衡盘磨损严重,泵内流体不稳定,以及管道阀的连接耦合响应等是造成出口阀振动的主要原因.根据流固耦合振动理论,分析探讨了管道系统响应问题.处理时更换了泵芯,使故障得到解决.     

叶轮机械流固耦合问题研究进展

叶轮机械流固耦合问题是流体机械领域中的热门课题,也是诱发叶轮机械故障的一个重要因素。对此,介绍了流固耦合问题的基本理论及控制方程,总结了叶轮机械流固耦合问题在理论、实验及数值研究方面取得的研究成果,比较分析了不同研究方法的优缺点,得出在叶轮机械流固耦合机理、多场耦合技术及数值方法等方面应进行更深入的研究,进一步丰富和完善流固耦合理论体系。     

水轮机活动导叶水下模态分析

应用结构与流体有限元的流固耦合方法,对大型水轮机活动导叶在不同水体区域边界条件下的水下模态进行了大量对比分析,得到了活动导叶水下模态振型和水下自振频率,并给出了适合活动导叶水下模态分析的水体区域计算模型,为活动导叶水下模态分析和水轮机的稳定性设计提供了理论依据。     

库水模拟对拱坝动力特性的影响分析

库水可压缩性和库水-坝体动力相互作用是影响坝面动水压力以及拱坝动力特性的重要因素。本文以拉西瓦拱坝为例,建立拱坝-地基-库水系统有限元模型,研究库水模拟对拱坝动力特性的影响。采用Westergaard附加质量与流固耦合两种不同的库水模拟方法,分别考虑附加质量、流固耦合的不可压缩库水、流固耦合的可压缩库水等三种情况,对比分析了拉西瓦拱坝的动力特性。分析结果表明,库水的存在会导致拱坝系统的各阶自振频率减小;考虑库水可压缩性导致拱坝的各阶自振频率进一步减小,且各阶振型发生变化。分析结果可以为高拱坝真实工作性态研究和地震反应分析提供参考依据。     

研究水电站厂房自振特性的综合初参数法

本文提出了计算水电站厂房结构自振特性时同时考虑杆件横向弯曲自由振动和沿轴向纵向自由振动的综合初参数法,这样就避免了结构竖向振型的丢失。显然,该方法还适用于其他刚架结构的自由振动分析。     

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。     

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。     

三峡水电站主厂房振动分析

三峡水电站水轮发电机组是目前国际上正在建设的巨型机组。在水轮机模型试验中，发现存在一个特殊压力脉动区，压力脉动幅值超过标书的规定，可能会对厂房振动产生不利影响。为此，本文进行了主厂房整体模型的振动分析数值模拟，研究了主厂房的固有振动特性并进行共振复核；研究了机墩结构在各种动力载荷作用下的振幅和应力；利用动力法计算厂房在水力激励作用下的振动反应，根据国内外有关振动规程，对振动加以评价，为厂房动力设计和运行控制提供科学依据。     

双排机水电站厂房结构动力特性研究

以李家峡工程为背景 ,分析了双排机厂房结构的特点 ,并建立双排机厂房结构整体三维有限元模型及相应的单排机结构三维有限元模型 ,计算对比了它们在动力特性上的差异 ,并对差异产生的原因进行了分析。在此基础上 ,通过对李家峡水电站内振源的分析 ,进行了结构共振校核。研究结果表明 ,李家峡水电站的双排机布置方案是一种较合理的、值得推广的结构形式     

大型水电站地下厂房机组支撑结构动力特性研究

就在建的某大型水电站地下厂房结构 ,分析计算了 18种振源的频率 ,全部采用三维实体单元对其进行模拟 ,建立了多个三维有限元模型并进行了计算分析和共振校核 ,研究了机组支撑结构不同的结构布置形式 ,不同的边界条件和不同的材料对其动力特性的影响 ,得出了一些结论 ,为有效优化地下厂房结构的整体动力特性 ,改进抗振设计提供了途径和依据     

轴向通风内置式永磁同步电机流固耦合传热计算分析

压缩机用内置式永磁同步电机(IPMSM)由于工作场合空间的限制,需要满足更高的功率密度要求,其温升成为亟待解决的问题。以一台7.5 kW IPMSM为例,基于计算流体力学和流固耦合传热理论,设计并分析了一种轴向通风式的冷却结构。在机壳开有通风槽、转子安装风刺并开有通风孔的情况下,研究了电机内部的流体流动特性,分析了进风口数目对流体流动的影响。得出了电机各部件温升分布规律,并比较了有无风刺以及增加进风口数目对电机散热的影响。最后制作了一台12极54槽轴向通风IPMSM,通过样机试验数据验证了此冷却结构的有效性。     

某AP1000核电厂循环水泵房方案结构方案研究

由于核电的循环水量较火电大,泵房的体积也更大,尤其是AP1000堆型中的循环水泵房尚无运行经验,而泵房结构的不规则、大体积等给设计带来许多新问题。某AP1000核电机组的循环水泵房,参照国内外百万兆瓦机组循环水泵房的结构布置及相关规范要求,对不同工况组合进行整体数值分析,提出了循环水泵房的分缝方案及温度控制措施,同时提取了泵房结构内力。     

屏蔽电机定子端部氮气腔温度场计算方法分析

核主泵屏蔽电机的热设计是涉及核电发展的一个关键因素,直接关系到电机能否安全运行60年。针对某屏蔽电机结构紧凑、内部损耗大,特别是氮气腔内散热条件差,定子绕组容易超温等特点,本文基于有限体积法,根据计算流体动力学(CFD)原理,分别进行了常规不考虑与考虑辐射换热两种算法时的电机内温度场数值模拟,获得了电机内的三维温度分布,并分析了定子端部氮气腔内的自然对流换热系数和热流密度等传热特性。此外,还对比了两种计算方法电机内温度分布的差异。计算结果表明,两种计算方法的峰值数值模拟结果与实验数据的相对误差分别是+3.6%、-4.2%。所得结论为对我国开发具有自主知识产权的同类电机产品具有重要参考价值。     

分布式能源系统垂直轴风机特性的数值模拟与分析

研究了一种小型分布式能源系统用阻力型垂直轴风机(VAWT)的特性,在原有风机基础上,将风轮增加为两层。基于流体动力学(CFD)对风机性能进行计算,依据空气动力学原理,模拟风轮与空气的流固耦合作用,分析流场风速分布以及风机在不同旋转角度下的综合受力情况,根据转矩特性,在Matlab中建立风轮的数学模型,然后使用最大功率跟踪控制方法,建立风机发电系统的数学模型,从而仿真得到发电机的电压、电流等发电特性曲线。最后,与实测数据进行对比,验证了数值仿真和分析的正确性,为今后该类风机结构优化设计和效率提升提供了借鉴和参考。     

势流体和Housner模型动力研究比较

势流体假设流体无黏、无旋、无热转换、不可压缩且流体域的边界运动很小,计算中仅包括未知量—速度势;Housner模型采用等效弹簧质量系统来模拟流体对结构的压力作用;两种模型在流-固耦合中都偏重流体对结构的作用研究。三维渡槽体系流-固耦合模态分析表明,两种模型的振动都是从流体开始的;结构前五阶动力特性是一致的,Housner模型的振动频率偏低;动力时程分析可知,Housner模型结构动力响应偏大,结果较安全。