沖擊式水輪機(jī)噴嘴系統(tǒng)流-固耦合計(jì)算與分析.pdf

1、沖擊式水輪機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(diǎn)，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(guó)水利資源開(kāi)發(fā)的主要機(jī)型之一，高水頭、大容量、多噴嘴的沖擊式是沖擊式水輪機(jī)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(jī)內(nèi)部流動(dòng)、射流干涉、流固耦合問(wèn)題等的研究就顯得越來(lái)越重要。本論文在總結(jié)有關(guān)資料的基礎(chǔ)上，對(duì)沖擊式水輪機(jī)性能方面的影響因素、結(jié)構(gòu)要求以及流動(dòng)特點(diǎn)和未來(lái)展望

2、進(jìn)行了綜述，特別是對(duì)多噴嘴結(jié)構(gòu)的流場(chǎng)和結(jié)構(gòu)場(chǎng)進(jìn)行了詳細(xì)分析，對(duì)噴嘴進(jìn)行流固耦合計(jì)算，對(duì)沖擊式水輪機(jī)的發(fā)展提供一些有價(jià)值的參考。 射流的穩(wěn)定性是影響沖擊式水輪機(jī)效率和出力以及振動(dòng)的一個(gè)非常重要的因素。射流不穩(wěn)定，將會(huì)引起機(jī)組的振動(dòng)和噪音，加速水斗的空蝕和疲勞裂紋的產(chǎn)生，嚴(yán)重的還會(huì)造成斷斗等重大事故。因此，對(duì)沖擊式水輪機(jī)噴管內(nèi)噴嘴與噴針之間的流動(dòng)情況進(jìn)行流——固耦合計(jì)算，分析其流場(chǎng)與結(jié)構(gòu)場(chǎng)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(duì)保證沖擊式水輪機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行具有著重大意義。 在A(yíng)NSYS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(duì)沖擊式水輪機(jī)的噴嘴與噴針流道進(jìn)行了三維建模、網(wǎng)格劃分以及數(shù)值模擬和計(jì)算，分別得到了五種噴嘴和噴針結(jié)構(gòu)模型的流場(chǎng)速度與壓力分布關(guān)系以及流動(dòng)損失情況，通過(guò)計(jì)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(jì)提供了可靠依據(jù)。

4、同時(shí)，論文還利用ansys11．0 Workbench中的Simulation組件進(jìn)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(shí)現(xiàn)了水壓力對(duì)噴嘴內(nèi)壁的準(zhǔn)確施加，分析得出了流場(chǎng)對(duì)結(jié)構(gòu)場(chǎng)的影響，進(jìn)行了單向流固耦合計(jì)算，得到了噴嘴的應(yīng)力分布以及最高應(yīng)力值點(diǎn)，提出噴管?chē)娮斓刃螤畹母倪M(jìn)措施，為噴嘴的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度計(jì)算提供了依據(jù)，同時(shí)還計(jì)算了噴嘴的自振頻率和耦合頻率，得到準(zhǔn)確的頻率值及振形，從而得出：水壓力和應(yīng)力對(duì)噴嘴的綜合作用，與空氣中相比對(duì)噴嘴