沖擊式水輪機噴嘴系統(tǒng)流-固耦合計算與分析.pdf

1、沖擊式水輪機具有結(jié)構(gòu)簡單、使用水頭高、安裝高程不受空蝕條件限制、適應(yīng)流量變幅較大的電站等優(yōu)點，在河川上游、山區(qū)等水頭高、流量小的地區(qū)應(yīng)用非常普遍，是目前我國水利資源開發(fā)的主要機型之一，高水頭、大容量、多噴嘴的沖擊式是沖擊式水輪機研究的主要方向，但隨著容量的增加，噴嘴數(shù)的增多，沖擊式水輪機內(nèi)部流動、射流干涉、流固耦合問題等的研究就顯得越來越重要。本論文在總結(jié)有關(guān)資料的基礎(chǔ)上，對沖擊式水輪機性能方面的影響因素、結(jié)構(gòu)要求以及流動特點和未來展望

2、進行了綜述，特別是對多噴嘴結(jié)構(gòu)的流場和結(jié)構(gòu)場進行了詳細分析，對噴嘴進行流固耦合計算，對沖擊式水輪機的發(fā)展提供一些有價值的參考。 射流的穩(wěn)定性是影響沖擊式水輪機效率和出力以及振動的一個非常重要的因素。射流不穩(wěn)定，將會引起機組的振動和噪音，加速水斗的空蝕和疲勞裂紋的產(chǎn)生，嚴重的還會造成斷斗等重大事故。因此，對沖擊式水輪機噴管內(nèi)噴嘴與噴針之間的流動情況進行流——固耦合計算，分析其流場與結(jié)構(gòu)場的相互影響，研究其射流的穩(wěn)定性提出噴管、噴嘴

3、等流道形狀的優(yōu)秀方案，對保證沖擊式水輪機穩(wěn)定運行具有著重大意義。 在ANSYS公司提出的協(xié)同仿真環(huán)境ansys11．0 Workbench中，利用CFX技術(shù)軟件對沖擊式水輪機的噴嘴與噴針流道進行了三維建模、網(wǎng)格劃分以及數(shù)值模擬和計算，分別得到了五種噴嘴和噴針結(jié)構(gòu)模型的流場速度與壓力分布關(guān)系以及流動損失情況，通過計算分析，指出了原傳統(tǒng)方案的不足，最終優(yōu)化出較優(yōu)的噴嘴噴針幾何流道形狀，為噴嘴及噴針的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了可靠依據(jù)。

4、同時，論文還利用ansys11．0 Workbench中的Simulation組件進行了結(jié)構(gòu)靜力學(xué)、模態(tài)以及流固耦合原理的分析，實現(xiàn)了水壓力對噴嘴內(nèi)壁的準確施加，分析得出了流場對結(jié)構(gòu)場的影響，進行了單向流固耦合計算，得到了噴嘴的應(yīng)力分布以及最高應(yīng)力值點，提出噴管噴嘴等形狀的改進措施，為噴嘴的結(jié)構(gòu)設(shè)計強度計算提供了依據(jù)，同時還計算了噴嘴的自振頻率和耦合頻率，得到準確的頻率值及振形，從而得出：水壓力和應(yīng)力對噴嘴的綜合作用，與空氣中相比對噴嘴