沖擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的流固耦合及振動(dòng)研究.pdf

1、隨著國內(nèi)外高水頭水力資源的開發(fā)，沖擊式水輪機(jī)的發(fā)展越來越迅速。特別是近幾年來，國內(nèi)的發(fā)展從單噴嘴、雙噴嘴、小容量已發(fā)展到現(xiàn)在的六噴嘴，單機(jī)容量達(dá)到12萬kW的斜擊式水輪機(jī)。但是我國現(xiàn)階段正處于對大型沖擊式水輪機(jī)的研究與開發(fā)的攻堅(jiān)階段，在沖擊式水輪機(jī)的流固耦合及振動(dòng)特性模擬和實(shí)驗(yàn)研究上還不夠深入。
　　隨著現(xiàn)代射流理論、斷裂力學(xué)等的發(fā)展，對沖擊式內(nèi)部流動(dòng)機(jī)理及發(fā)生破壞的原因進(jìn)一步變得清晰?，F(xiàn)代材料科學(xué)與鑄造技術(shù)的進(jìn)步，更多的新材料、

2、新工藝已被應(yīng)用到大型沖擊式水輪機(jī)的設(shè)計(jì)的制造中去。雖然國內(nèi)外對沖擊式水輪機(jī)的內(nèi)部流動(dòng)特性已具有了一定深度的分析研究，能夠很好的通過模擬和實(shí)驗(yàn)得以驗(yàn)證。但對于沖擊式水輪機(jī)在射流作用下的流固耦合特點(diǎn)，以及耦合作用下的轉(zhuǎn)輪斗葉振動(dòng)特性還研究的不多。研究能夠很好的分析得到斗葉在射流場作用下的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，更重要的是能夠分析其在流固耦合下，研究轉(zhuǎn)輪斗葉的應(yīng)力分布，進(jìn)而分析葉根部疲勞裂紋產(chǎn)生的原因。本研究取得了以下幾點(diǎn)成果：
　　1.根據(jù)沖擊式轉(zhuǎn)

3、輪參數(shù)，得到噴嘴出口到斗葉全流道三維模型，提出了斗葉根部復(fù)雜曲面體三維建模的方法。
　　2.運(yùn)用流場分析軟件模擬轉(zhuǎn)輪在不同水頭下的流動(dòng)特性，分析得到了斗葉在射流作用下的內(nèi)部壓力分布、流速分布規(guī)律。
　　3.利用流場分析軟件Fluent與結(jié)構(gòu)分析軟件Workbench14.0的交互式接口，在結(jié)構(gòu)中計(jì)算流固耦合條件下轉(zhuǎn)輪斗葉的變形及應(yīng)力特點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，流固耦合作用下轉(zhuǎn)輪斗葉的最大位移發(fā)生在刃口附近的出水邊處。
　　4.轉(zhuǎn)輪