基于流固耦合的高水头水泵水轮机内部流动及转轮动力学分析

发布时间：2024-02-05 18:15

　　抽水蓄能电站作为目前高效的储能方式,迎来了大力发展的机遇。为了追求高水头、大流量、高效率等性能提升,水泵水轮转轮的叶片被设计的狭长且越来越薄,而且水泵水轮机在工作中过渡过程复杂且不同工况间转换迅速频繁,导致核心部件转轮应力、应变增大,并可能引发共振。本文基于流固耦合计算方法研究水泵水轮机在非设计工况下的内部流动及转轮动力学特性,具有重要理论价值和现实意义,主要工作和结论如下:采用CFX和Mechnical软件,湍流模型选取RNG k-ε对6个不同工况点进行单向稳态流固耦合计算,与试验结果对比验证本次计算有效性,并分析发现转轮区域存在诸多二次流,在大流量工况下会使叶片上游部位承受较大剪切力。转轮应力分布最大区域是叶片进口边与上冠交界处,也是最容易受到破坏的部位,经过强度校核,满足实际运行要求。叶片最大变形部位在进口边中部,变形量随流量增大呈微小幅度增加的趋势。针对流固耦合单双向计算方法在高水头水泵水轮机中的应用进行对比探究。采用非定常分析单双向流固耦合计算得到的外特性、内流场以及应力应变后总结出,叶片形变对水泵水轮机性能影响很小,对内流场扰动仅会改变形变较大的叶片进口边局部压力分布。在流...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1单向流固耦合与双向流固耦合对比

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-接近实际情况，而单向流固耦合方法仅在某种情况下对特定值能给出比较准确的结果[5]，图1-1所示为单向耦合与双向耦合计算过程的对比。图1-1单向流固耦合与双向流固耦合对比1.2.1.1流固耦合方法的理论研究流固耦合计算方法的研究一直持续至今，针对....

图2-1水泵水轮机三维模型

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文11第2章数值模拟策略及试验验证计算流体动力学（ComputationalFluidDynamics，简称CFD）和有限元分析（FiniteElementAnalysis，简称FEA）是本课题主要采用的数值模拟方法。在掌握计算理论的前提下，采用目前成....

图2-2计算域离散示意图

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文12的方程，最终获得整个计算域的物理量分布从数学原理上来说，计算域网格越密则计算精度越高，但是考虑到计算资源的合理有效利用和计算精度和网格数的关系并非线性，所以本次选用了最适合课题的网格数。网格类型按数据结构可以分为网格正交处理连线的结构化网格和不规....

图2-3固体域求解边界条件设置

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文15{x}——位移矢量；{F(t)}——力矢量；{x"}——速度矢量；{x""}——加速度矢量。目前研究中使用流固耦合计算模块将三维CFX流体计算仿真结果作为水泵水轮机受力，将流体与结构中相对应节点的压力施加到固体转轮结构有限元模型上，研究水泵水轮机....

本文编号：3896010