一、混流式转轮静强度和振动特性分析（论文文献综述）
何严希,周建中,马越,冯治国[1]（2022）在《基于流固耦合的混流式转轮受力与振动特性分析》文中认为围绕转轮结构稳定与机组安全运行问题,基于流固耦合理论,对混流式水轮机进行流场仿真与转轮结构响应求解。首先,将流道水压作为荷载进行静力学计算,校核转轮强度,并获取不同工况下应力与变形分布;然后,开展瞬态计算,探究转轮动应力随时间的变化规律;最后,通过预应力模态计算获得多阶振频与振型,分析水力共振的可能性。结果表明,受力符合材料强度要求,应力集中在转轮叶片出口边,随着功率增大应力峰值位置从轮毂交接处向下环交接处发展,交变应力的波动周期与运转周期一致。流道内压力脉动中2倍叶频引发的共振对转轮体现为摆动、挤压、扭转型,3倍叶频激发转轮产生6阶及以上共振,对叶片破坏作用最大,导叶与转轮动静干涉诱发转轮共振可能性低。
邓志强[2]（2021）在《映秀湾电站水轮机转轮流固耦合数值计算》文中认为水轮机转轮叶片的裂纹产生或直接断裂的原因异常复杂,诸多因素作用于转轮叶片而诱发的叶片损伤也是多种多样的。在过去已有的水轮机叶片裂纹分析中,很大部分都是因为偏工况及开停机导致的弹性振动、水体共振引起的转轮叶片疲劳破坏、高频压力脉动诱导裂纹产生。本研究对映秀湾电站水轮机进行定常数值模拟计算,以定常结果作为迭代计算初值,进行瞬态单向流固耦合计算,分析该转轮的压力脉动、应力周期变化、模态振型,结果可为机组运行维护及故障诊断提供重要的参考价值。主要研究工作和成果如下:（1）根据映秀湾电站设计资料和转轮扫描测绘数据建立水轮机计算域三维水体模型,对蜗壳、导水机构、转轮、尾水管等过流部件划分以六面体为核心的多面体网格。（2）采用压力基顺序求解控制方程,运用SST k-ω湍流模型、SIMPLE算法对混流式水轮机不同出力工况进行定常数值模拟计算。结果表明,在出力P=11.8MW工况下,转轮流道内存在“涡”,流动较为紊乱,伴随着出力的增加,流态改善。（3）借助Ansys workbench平台,进行静力学计算分析。强度校核表明转轮自身所受的等效应力均远小于选用最大安全系数的许用应力。转轮模态频率与各理论振动频率在前六阶均不易诱发共振。对比流体对转轮固有频率的影响发现,转轮固有频率下降率最高达43.15%。（4）借助流固耦合数值瞬态模拟计算技术分别计算了三个出力工况的转轮叶片表面应力分布和应变量分布,结果显示,随着水轮机出力的增大,转轮结构的应力应变逐步增强,该水轮机最大等效应力区域集中于叶片出水边靠近下环联节处,与最大形变位置保持一致。
宿科[3]（2021）在《大变幅水头混流式水轮机空化特性研究》文中指出水轮机作为水力发电系统中最为重要的部件,其运行的稳定性与安全性一直广受业内关注。而在电网中主要起调峰调频作用的水头大变幅机组的稳定性与安全性显得更为重要。本文以四川紫坪铺水电站机组为研究对象,分析其在大变幅条件下的全流道空化流动特性,同时针对该机组在特定水头和出力条件下的异常高频振动问题,通过与电站方面共同进行变负荷试验,并对大量变负荷试验数据进整理,绘制出异常高频振动区域。同时对电站近几次检修报告进行对比分析,排除掉电磁振动及机械振动,确定机组出现的异常高频振动为水力振动。据此本文主要展开了如下的研究:（1）针对机组转轮为俄罗斯LMZ公司所产,未向我方提供详细水力模型资料,为此在B修期间对转轮进行现场三维激光扫描,通过逆向工程技术获取转轮部件的实体及水体模型,为水轮机安全可靠运行等提供了关键的水力模型资料。（2）在阅读大量相关文献的基础上,基于密度修正的RNG k-ε湍流模型及ZGB空化模型对70m、100m、129m水头下的三种不同开度工况以及98m水头条件下振动区域内的振动初生、振动最强及振动消失点三个工况进行空化数值模拟。并对模拟结果进行内部空化流动分析。（3）通过分析水轮机不同水头及开度下的全流道空化结果发现,水头和开度增加会使固定导叶及活动导叶出口压力圆周分布的均匀性增强,该型水轮机活动导叶高压侧压力梯度均匀,而低压侧压力分布呈现先减小后增加的特点,且在低压侧下部存在一个相对低压区;各水头下,叶片吸力面空化程度随活动导叶开度增大而增大,高水头条件下,叶片吸力面进口靠下环处随着开度增大出现局部空化区,空化区位置与检修时发现的空蚀破坏位置一致。（4）通过对尾水管及转轮内部的空化流动分析发现,三种工况下,空化均发生在转轮内吸力面靠下环位置及叶片出水边处,叶片在高频振动初生及振动最强工况点,转轮叶片出口处监测点及尾水管进口管壁处监测点压力脉动均出现了与楼板异常振动频率吻合的24fn的高频分量,同时转轮旋转过程中所受的径向力也出现了同样的高频分量。最后将计算所得的三种工况下的转轮叶片出水边产生的卡门涡列频率与异常振动频率进行对比分析,发现振动最强点卡门涡频率61.38Hz（约为24.5fn）与异常振动频率相似,判定异常振动是转轮叶片出水边的卡门涡列与楼板结构产生的共振。
史广泰,杨茜,刘宗库,薛志成[4]（2019）在《混流式水轮机转轮模态计算及振动特性分析》文中研究说明为深入探究水轮机转轮在运行过程中出现裂纹甚至断裂的原因,以国内某电站所使用的混流式水轮机为研究对象,基于单向流固耦合理论,采用ANSYS CFX和workbench平台对水轮机全流道进行数值计算,得到水轮机转轮自由模态和预应力模态前6阶的固有频率和振型,并将转轮的固有频率与各水力激振力频率进行比较,分析其变形及振动特性。研究结果表明:水轮机转轮最大变形主要位于转轮上冠、下环以及叶片出水边中部;转轮的振型主要表现为摆动、绕轴旋转、弯曲及沿轴向方向上下振动;水轮机在转速n=272. 7 r/min下运行时,激振频率与低阶固有频率相近,机组易发生共振。
李威[5]（2019）在《基于强度退化累积损伤模型的承载结构疲劳寿命预测研究》文中进行了进一步梳理工程承载结构的疲劳寿命决定设备的安全运行年限,结构件的疲劳寿命分析是装备设计制造与服役维修中必不可少的一环。然而工程结构件的疲劳分析不同于材料试件疲劳分析,两者的疲劳特性也无法等同,结构的疲劳寿命不仅受服役载荷的影响,还与结构本身特性和其承载能力特性密切相关。为探究更加接近实际情况的结构件疲劳寿命预测方法,本文以CRH5型动车组车下承载结构铸铝横梁为例,考虑结构本身特性和其承载能力变化的影响进行分析,进行了如下研究:（1）对铸铝横梁进行疲劳试验研究,探究结构在实际载荷加载下的应力响应,通过与有限元应力分析对比,校验了铸铝横梁有限元模型的准确性。铸铝横梁应力分析确定了结构的高应力区域和结构的危险位置。（2）构建了包含车下传动系统的CRH5型车中间车刚柔耦合多体动力学模型,基于京津线轨道不平顺谱和线路进行了不同弯道半径工况仿真,获取铸铝横梁运行载荷,并从时域和频域角度分析了运行载荷。结合有限元瞬态分析,获取了铸铝横梁在运行载荷下的应力-时间历程,通过雨流计数分析编制了八级应力谱。（3）分析计算了铸铝横梁结构特性中的应力集中、尺寸效应和表面加工质量等影响因子,由材料S-N曲线修正得到结构S-N曲线。其中,应力集中系数通过在最危险位置截面定义应力积分路径,求取名义应力得到。尺寸系数通过应力场强法求取,为求取所需的损伤场径,根据得到的应力集中系数和缺口平板试件应力集中系数解析式设计了椭圆形和U形两种缺口平板试件进行分析和结果验证,以铸铝横梁和小缺口试件的场强为中间参量得到尺寸系数。分析发现:应力场强法中的损伤场径与材料特性和应力集中系数有关,而与引起应力集中的缺口形状无关。（4）研究材料剩余强度退化对损伤累积的影响,基于现有考虑剩余强度退化的改进Corten-Dolan模型,将模型中的指数参数d重新定义为与剩余强度退化系数有关的指数函数,以此引入Corten-Dolan模型中进行分析。多级载荷试验数据分析表明:指数参数d考虑剩余强度退化影响后的Corten-Dolan累积损伤模型较原模型的预测精度有一定提高。基于结构S-N曲线和两种累积损伤模型对试验损伤进行等效损伤分析,结果表明:指数参数d考虑剩余强度退化影响后的Corten-Dolan模型较原模型增加考虑了剩余强度退化的影响,预测结果里程数更小,更为保守可靠。
彭坜[6]（2018）在《水牛家电站水轮机内流场数值计算及转轮流固耦合特性研究》文中提出近年来,国内外一些水电站混流式水轮机机组在运行过程中,其转轮叶片产生裂纹,导致机组振动加剧,严重危及到机组的运行安全,水牛家电站水轮机就是其中之一。由于水轮机的实际运行情况复杂,水轮机转轮与流场的耦合作用是导致叶片产生疲劳断裂、动力失稳的重要因素之一。因此,研究水轮机转轮流固耦合特性对深入了解水轮机转轮叶片振动机理、预测叶片发生裂纹位置、避免水力共振、确保水牛家电站机组安全稳定运行具有重要意义。本文对水牛家电站混流式水轮机在典型负荷工况下的流场分布及流固耦合特性进行数值模拟分析,为水轮机过流部件的优化设计、转轮叶片缺陷处理提供理论参考,其主要研究工作如下:（1）根据水牛家电站水轮机组实际运行工况,选取最小水头、额定水头与最大水头分别在40%、70%、100%负荷下的9个工况,对水轮机进行内流场及流固耦合分析。（2）根据水轮机过流部件设计参数,利用UG软件对水轮机过流部件进行建模,在ANSYS软件中完成各过流部件网格划分。（3）采用标准k-ε湍流模型对各工况进行定常流计算,分析不同水头不同负荷工况下的水轮机内部流动特性。（4）基于定常流计算结果,利用ANSYS软件计算分析水轮机转轮的流固耦合特性。（5）为了更好地反映水轮机在实际运行工况下内部真实的流动情况,对水轮机全流道进行了瞬态计算。对转轮内部最大变形量、应力、应变等进行了详细分析,预测了转轮叶片发生裂纹位置等情况。通过研究得到以下主要成果:（1）通过定常计算,分析得到水轮机蜗壳、尾水管内部流动相对均匀;在转轮叶片背面进口位置附近存在低压区,在此位置易发生空化现象。（2）通过流固耦合计算,得到水轮机六阶振动频率,将其与自振频率等进行对比可知水轮机关键过流部件不会发生共振现象,这说明水轮机各过流部件结构设计比较可靠。转轮各阶振型分析表明:转轮的振动形式在低阶主要表现为转轮左右摆动伴随叶片部分区域轻微的振动变形;而在高阶模态下,振动形式主要表现为转轮整体的扭曲变形,转轮由圆形逐渐变为扁圆。（3）通过瞬态计算,对水轮机转轮在最小水头40%负荷工况下总变形量、等效应变、等效应力等进行详细分析,发现在转轮叶片与上冠、下环连接处易发生变形和断裂。这与电站运行时转轮发生断裂位置相同。
赵玺[7]（2016）在《基于流固耦合的混流式转轮叶片疲劳分析》文中进行了进一步梳理随着水力发电技术的发展,水轮机无论在单机容量还是在结构尺寸方面都朝着巨型化方向发展,而转轮作为水轮机能量转换的核心部件,其动力学性能和疲劳寿命对保证机组安全、可靠运行及维护电网质量稳定有重要影响,特别是一些在电网中作为频繁调节用的大型水电机组及抽水蓄能的水泵水轮机组,由于各种频率水流压力脉动引起的转轮叶片的动应力较大,导致叶片疲劳破坏问题越来越严重。如何在设计过程中根据可能运行工况来预测转轮叶片的疲劳寿命,提高设计的可行性,以及如何在运行过程中合理控制运行范围以延长转轮的寿命是水轮发电行业亟待解决的关键技术问题。本文结合某高水头水电站混流式水轮机转轮增容改造过程中的转轮可靠性分析,研究水压力脉动引起的转轮叶片动态响应的特性,并在此基础上探索转轮叶片的疲劳分析方法。主要研究内容和结论如下:（1）对水轮机进行瞬态全流道流场数值模拟计算,以获取转轮长短叶片上的水压数据并研究作用于叶片上的水压脉动规律。结果表明:转轮长短叶片表面在不同工况下都存在明显的水压脉动,而短叶片较长叶片而言更为强烈;叶片表面的水压脉动与转轮及活动导叶之间的动静干涉作用相关,其影响会从叶片进水边到出水边逐渐减小。（2）基于瞬态流场数值计算结果,采用单向流固耦合方法对转轮长短叶片进行瞬态动力学分析,以确定长短叶片上的危险部位并获得相应的应力—时间历程数据。结果表明:不同工况下长短叶片在一个旋转周期内都受到了明显的交变动应力作用;转轮长短叶片的危险部位出现在出水边与下环的连接处,且该部位的最大应力值会随着出力的增加而逐渐增大。（3）对水轮机转轮疲劳寿命的影响因素进行探讨研究。结果表明:应力集中、结构尺寸、表面加工和平均应力等因素对转轮叶片疲劳寿命有一定的影响,其中以平均应力的影响最为明显。（4）基于获得的应力—时间历程数据,运用结构疲劳理论对转轮长短叶片危险部位的疲劳寿命进行计算。结果表明:改造过程采用的转轮长短叶片危险部位的疲劳寿命满足该水电站正常运行年限要求,在设计寿命期内转轮不会出现由水压脉动引起的疲劳破坏。通过本文研究表明:将水压力脉动分析和基于流固耦合的动力学分析用于水轮机转轮疲劳寿命计算是一条可行的技术路线,其研究方法可以用于初步预测疲劳寿命,具有一定的理论意义和工程应用价值。
刘育[8]（2015）在《某低水头混流式水轮机转轮叶片流固耦合分析》文中研究表明在水轮机转轮叶片水力性能优化过程中,针对利用CFD技术所开发的混流式水轮机转轮叶片的结构力学特性,设计者们往往依据自身项目经验估计,或者对其重要性认识的滞后。这使得近年来,利用CFD技术开发的高效的新水轮机转轮投入运行后,发生裂纹的比重偏高,一些长期在非最优工况下运行的新水轮机转轮,叶片甚至发生断裂或折断。因此,基于CFD技术优化设计的转轮在完成水力设计后,对其进行转轮叶片结构力学特性分析已成为必需。依据***水电站水轮发电机组增效扩容改造项目,针对其利用CFD技术开发的新水轮机转轮,采用考虑流固耦合作用的转轮叶片静力特性与动力特征分析。主要完成了工作如下:（1）根据既定水轮机各部件参数,通过UG建立了水轮机全流道水体模型和转轮结构模型,并通过相关网格生成软件对各部件进行了网格离散化。（2）基于FLUENT软件,应用RNG k-?湍流模型和SIMPLE算法,数值模拟了最小水头、额定水头和最大水头下,导叶开度均从17o33o运行工况时,水轮机内部三维定常流动。（3）基于ANSYS软件,运用分离式单向流固耦合方法,进行了不同载荷施加方式和拟定工况下,水轮机转轮叶片的静力分析。（4）基于ANSYS软件,运用APDL语言,进行了水轮机转轮及单个转轮叶片的干模态与湿模态数值计算,并结合机组几种特征频率进行了水轮机转轮叶片在运行工况下发生共振的可能性分析。与此同时,还讨论了在不同载荷、不同机组转速以及不同流体域密度等因素对转轮干模态与湿模态的影响。通过上述工作,系统的评价了该水轮机转轮叶片的静力特性与动力特征。结果表明:在出力限制线左侧所有运行工况,转轮叶片静强度均满足要求,转轮叶片出口处的卡门涡激励不易与转轮区形成共振;在非最优工况运行时,活动导叶出口因脱流而引起的水压力脉动易诱发转轮区振动。与此同时,本课题所采用的数值计算方法也可作为同类型水轮机转轮叶片结构力学性能分析的参考方法,特别地适合于工程实际项目。
刘波[9]（2013）在《基于数值计算的混流式水轮机动力特性分析》文中指出随着水轮机单机容量的逐步提高，机组尺寸随之增大，其刚度相对减弱，水轮机运行的稳定问题日益突显；同时，技术的快速进步使机组运行的自动化程度得到大幅提高，无人值班，少人值守，远程控制的水电厂逐步增多，对机组的安全稳定运行要求也日益严格。本文以混流式水轮机为研究对象，借助CFD技术，系统分析了水轮机内部的流动状态及在不同运行工况下的流场特征，并以流场数值计算为基础，对水轮机转轮进行了流固耦合计算，得出了转轮的模态及在耦合场作用下的应力应变情况。主要内容如下：1.在理论上系统研究与分析了水轮机过流流道的流体动力学模型及数值计算方法、水轮机转轮的结构静力学模型及数值模拟方法。借助三维造型软件，运用三维绘图的逆向工程方法，绘制了水轮机的三维几何模型及各过流流道模型，并借助网格划分软件，对水轮机计算域进行了网格划分。2.利用流场计算软件对水轮机全流道进行了定常与非定常数值计算，详细分析了水轮机的内部流动特征，并在流场计算基础上，对耦合场下的转轮进行了结构静力学计算，分析得出了不同载荷施加方法对转轮叶片应力应变情况的影响。同时，还对转轮在不同转速下的动力特性进行了计算分析，得出了不同转速对转轮叶片最大等效应力的影响：叶片最大等效应力值随着转速的增加而增大，其量值变化与转速增加幅度成非线性关系，在小转速范围内运行时，应力变化趋势较为平缓，其量值也较小，随着转速的递增，应力及变形变化较快，对比得出，离心力对转轮的最大等效应力与最大变形影响较大。3.本文还分别进行了转轮在空气中的模态分析与考虑旋转预应力的耦合场下的模态分析，发现转轮模态受旋转预应力的耦合力场的影响很小。通过对振型分析，发现转轮在低阶模态时，其振动形式以转轮的整体振动为主，主要表现在整体的摆振及上下振动；在高阶模态时，转轮的振动形式演变为上冠、下环及叶片的局部振动，主要表现为局部的扭曲振动及弯曲变形。同时，对转轮在实际运行中所受到的部分水力激振力频率进行了计算分析，并通过与转轮在耦合场作用下的振动频率相比较，发现两者差值较大，说明转轮发生共振的可能性较小。
钱玉琴[10]（2010）在《高速离心泵流固耦合动力特性的研究》文中进行了进一步梳理随着国民经济的发展,高速离心泵被广泛应用于石油化工行业和航空航天等领域。诱导轮和叶轮是高速离心泵的主要能量转换部件,叶片与粘性流场的相互作用不仅会激发叶片的强烈振动,严重时会导致叶片产生疲劳断裂、动力失稳等影响泵站运行安全的事件发生。因此,高速泵流固耦合振动特性的分析对深入了解叶片的振动机理,避免水力共振,确保泵站稳定运行具有重要意义。本文采用数值模拟方法,对高速离心泵内部流场进行研究并对其计算性能进行预测,分析诱导轮叶片和叶轮叶片的刚强度和振动特性,叶轮变形对扬程、效率以及轴功率的影响。本文的主要研究工作及成果如下：1.介绍了高速离心泵的发展过程和研究现状,并对其存在的问题进行简要分析,确定了基本研究路线。同时阐述了高速离心泵的基本设计理论,对诱导轮、叶轮及蜗壳进行水力设计,确定其主要结构参数。2.应用Pro/E和CFD-ICEM软件,对实体泵和流道进行三维造型、网格生成、边界条件设置及壁面条件选取等,并采用Navier-Stokes方程和标准κ-ε湍流模型,利用CFX软件对其内部流场进行了数值模拟,得到叶片表面受力情况。通过试验性能曲线和计算性能曲线的对比分析,得出模型泵水力设计数据可靠。3.应用ANSYS Workbench软件,采用顺序耦合方法,对诱导轮和叶轮分别进行静应力分析和模态分析,得到其空气中和水中两种环境下的动力特性,并对计算结果进行了详细的对比分析。结果表明：诱导轮叶片最大应力出现在轮毂和叶片交接处,该部位应力的变化梯度较大,易于发生疲劳破坏,最大变形出现在叶轮外缘,即该区域是振动敏感区；叶轮叶片的应力集中区域主要是叶片进口侧,叶片最大变形部位是叶片出口。构件在水中的固有频率较空气中有不同程度的降低；不同的环境对结构的固有频率有所影响,因此,在高速离心泵进行结构分析时,必须考虑流体与过流部件相互作用的影响。4.应用ANSYS Workbench软件计算旋转离心力和水压力对模态的影响、诱导轮和叶轮在工作状态下的模态以及叶轮变形对泵性能的影响。结果表明：离心力和水压力对诱导轮和叶轮各阶频率均有细微影响,但其变化值相对较小,所以对固有频率及振型的影响也较小。对比分析叶轮变形前后,叶片受到水压力作用的情况,结果发现叶轮由于受到流场压力作用产生了明显的变形。同时,其扬程、效率、轴功率都存在一定程度的下降。
二、混流式转轮静强度和振动特性分析（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、混流式转轮静强度和振动特性分析（论文提纲范文）
（1）基于流固耦合的混流式转轮受力与振动特性分析（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 研究方案 |
| 2.1 理论依据 |
| 2.2 水轮机情况 |
| 2.3 研究步骤 |
| 3 转轮静力学分析 |
| 3.1 载荷与约束条件 |
| 3.2 转轮强度校核 |
| 3.3 转轮应力与变形分布 |
| 4 转轮动应力分析 |
| 5 预应力模态分析 |
| 6 结论 |
（2）映秀湾电站水轮机转轮流固耦合数值计算（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 课题研究背景、目的及意义 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 水轮机转轮破坏成因 |
| 1.3.2 水轮机转轮流固耦合研究进展 |
| 1.3.2.1 水轮机转轮瞬态动力响应分析 |
| 1.3.2.2 附加质量及模态分析研究现状 |
| 1.4 主要研究内容 |
| 2 水轮机内部流动数值计算方法 |
| 2.1 流动控制方程 |
| 2.2 湍流模型 |
| 2.3 流固耦合控制方程 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 映秀湾电站水轮机几何建模及网格划分 |
| 3.1 水轮机基本设计参数 |
| 3.2 几何建模及网格划分 |
| 3.2.1 蜗壳 |
| 3.2.2 导水机构 |
| 3.2.3 转轮 |
| 3.2.4 尾水管 |
| 3.2.5 网格无关性验证 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 映秀湾电站水轮机全流道流动数值计算 |
| 4.1 计算参数及边界条件设置 |
| 4.1.1 工况点选取 |
| 4.1.2 边界条件 |
| 4.2 计算及结果分析 |
| 4.2.1 蜗壳 |
| 4.2.2 导水机构 |
| 4.2.3 转轮 |
| 4.2.4 尾水管 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 映秀湾电站水轮机转轮流固耦合特性计算 |
| 5.1 转轮实体结构建模 |
| 5.2 流固耦合求解方法设置 |
| 5.3 静力学分析 |
| 5.4 振动特性 |
| 5.4.1 模态分析 |
| 5.4.2 激振力分析 |
| 5.5 瞬态动力学分析 |
| 5.5.1 形变分析 |
| 5.5.2 应力分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果 |
| 致谢 |
（3）大变幅水头混流式水轮机空化特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 课题研究背景及意义 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 空化流动计算方法研究现状 |
| 1.3.2 水轮机空化流动研究现状 |
| 1.3.3 水轮机振动研究现状 |
| 1.4 本文的主要研究工作 |
| 2 数值计算方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 流动控制方程 |
| 2.3 湍流数值模拟方法 |
| 2.4 湍流模型 |
| 2.5 空化模型 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 转轮水力模型及全流道三维构建与数值模拟 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于逆向工程的混流式转轮三维模型构建 |
| 3.2.1 数据采集 |
| 3.2.2 基于逆向工程软件的点云数据处理 |
| 3.2.3 基于正向CAD软件的模型重构 |
| 3.3 其余部件建模 |
| 3.4 网格划分 |
| 3.5 数值模拟 |
| 3.5.1 计算工况点选择 |
| 3.5.2 求解器设置 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 大变幅水头混流式水轮机空化定常流动分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 全流道空化计算结果分析 |
| 4.2.1 蜗壳及固定导叶空化流动分析 |
| 4.2.2 活动导叶区域空化流动分析 |
| 4.2.3 转轮空化流动分析 |
| 4.2.4 尾水管空化流动分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 大变幅水头混流式水轮机异常高频振动工况下尾水管空化流动分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 尾水管空化定常结果分析 |
| 5.3 尾水管空化非定常结果分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 大变幅水头混流式水轮机异常高频振动工况下转轮空化流动分析 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 转轮空化定常结果分析 |
| 6.3 转轮空化非定常结果分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 结论及展望 |
| 7.1 本文主要结论 |
| 7.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 附录 A 机组检修资料 |
| 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果 |
| 致谢 |
（4）混流式水轮机转轮模态计算及振动特性分析（论文提纲范文）
| 1 数值计算方法 |
| 1.1 标准k-ε模型 |
| 1.2 固体弹性结构有限元理论 |
| 2 研究对象及模型建立 |
| 3 网格划分及边界条件设置 |
| 4 转轮模态振动分析 |
| 4.1 固有频率分析 |
| 4.2 转轮振型分析 |
| 4.3 转轮振动特性分析 |
| 4.3.1 典型激振力频率的计算 |
| 4.3.2 转轮固有频率与典型激振力频率的对比分析 |
| 5 结论 |
（5）基于强度退化累积损伤模型的承载结构疲劳寿命预测研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 疲劳寿命预测理论 |
| 1.2.2 结构疲劳特性研究现状 |
| 1.2.3 疲劳累积损伤研究现状 |
| 1.3 存在问题分析 |
| 1.4 主要研究内容 |
| 2 疲劳寿命预测理论与方法 |
| 2.1 疲劳寿命预测方法概述 |
| 2.1.1 名义应力法 |
| 2.1.2 应力场强法 |
| 2.2 疲劳寿命影响因素分析 |
| 2.2.1 结构因素影响 |
| 2.2.2 强度退化影响 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 铸铝横梁恒幅载荷疲劳试验 |
| 3.1 试验准备 |
| 3.1.1 试验前探伤分析 |
| 3.1.2 试验工装设计和测点布置 |
| 3.2 试验与仿真结果分析 |
| 3.2.1 试验过程 |
| 3.2.2 铸铝横梁有限元模型分析 |
| 3.2.3 试验与仿真数据对比 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 铸铝横梁运行载荷获取及其动态响应 |
| 4.1 多体动力学建模分析 |
| 4.2 动车组刚-柔耦合动力学模型 |
| 4.2.1 结构有限元模态分析 |
| 4.2.2 弹性动力学模型的建立 |
| 4.3 刚柔耦合模型动力学响应 |
| 4.3.1 边界条件分析 |
| 4.3.2 铸铝横梁运行载荷特性分析 |
| 4.4 铸铝横梁动态响应 |
| 4.4.1 瞬态分析 |
| 4.4.2 动态应力统计与分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 结构疲劳特性影响参数研究 |
| 5.1 应力集中系数分析 |
| 5.1.1 理论应力集中系数计算 |
| 5.1.2 疲劳缺口系数计算 |
| 5.2 尺寸系数分析 |
| 5.2.1 应力场强法尺寸系数分析 |
| 5.2.2 尺寸系数计算 |
| 5.3 铸铝横梁疲劳特性表征 |
| 5.3.1 综合修正系数 |
| 5.3.2 修正系数敏感度分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 基于强度退化的累积损伤模型的寿命预测 |
| 6.1 考虑强度退化的累积损伤模型的分析 |
| 6.1.1 文献考虑强度退化的累积损伤模型分析 |
| 6.1.2 考虑剩余强度退化影响的参数d分析 |
| 6.2 验证分析 |
| 6.3 等效损伤寿命预测 |
| 6.3.1 等效损伤分析 |
| 6.3.2 不同损伤模型预测结果对比 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 附录 A |
| 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（6）水牛家电站水轮机内流场数值计算及转轮流固耦合特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题来源及名称 |
| 1.2 本课题研究背景、目的和意义 |
| 1.2.1 课题研究背景 |
| 1.2.2 课题研究的目的和意义 |
| 1.3 国内外相关研究现状及发展趋势 |
| 1.3.1 水轮机叶片裂纹问题综述 |
| 1.3.2 水轮机水力振动特性研究现状 |
| 1.3.3 流固耦合问题研究现状 |
| 1.4 研究途径与基本技术路线 |
| 1.5 本课题主要研究内容 |
| 2 数值计算基础理论 |
| 2.1 流体运动的基本方程 |
| 2.1.1 连续性方程 |
| 2.1.2 动量方程 |
| 2.1.3 能量方程 |
| 2.2 湍流模型 |
| 2.2.1 标准k-ε模型 |
| 2.2.2 RNGk-ε湍流模型 |
| 2.2.3 Realizablek-ε湍流模型 |
| 2.2.4 标准k-ω湍流模型 |
| 2.2.5 SSTk-ω湍流模型 |
| 2.3 流固耦合基本理论 |
| 2.3.1 固体结构控制方程 |
| 2.3.2 流固耦合基本控制方程 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 水轮机几何建模及网格划分 |
| 3.1 水轮机基本设计参数 |
| 3.2 水轮机几何模型建立 |
| 3.2.1 蜗壳模型 |
| 3.2.2 导水机构模型 |
| 3.2.3 转轮模型 |
| 3.2.4 尾水管模型 |
| 3.2.5 水轮机过流部件全流道模型 |
| 3.3 计算区域网格划分 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 混流式水轮机全流道内定常流数值计算 |
| 4.1 计算流体力学(CFD)简介 |
| 4.2 计算参数设置 |
| 4.3 不同负荷工况下的流场分析 |
| 4.3.1 蜗壳内流场分析 |
| 4.3.2 导叶区域内流场分析 |
| 4.3.3 转轮内流场分析 |
| 4.3.4 单叶片表面流场分析 |
| 4.3.5 尾水管内流场分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 混流式水轮机转轮流固耦合特性研究 |
| 5.1 转轮实体三维建模及网格划分 |
| 5.2 转轮模态分析 |
| 5.2.1 模态分析流程 |
| 5.2.2 转轮振动频率分析 |
| 5.2.3 转轮振型分析 |
| 5.3 转轮应力应变非定常数值计算 |
| 5.3.1 转轮变形量 |
| 5.3.2 转轮等效应变 |
| 5.3.3 转轮最大主应变 |
| 5.3.4 转轮所受等效应力 |
| 5.3.5 转轮所受最大主应力 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果 |
| 致谢 |
（7）基于流固耦合的混流式转轮叶片疲劳分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题来源及名称 |
| 1.1.1 课题来源 |
| 1.1.2 课题名称 |
| 1.2 研究背景、目的及意义 |
| 1.2.1 课题研究的背景 |
| 1.2.2 课题研究的目的 |
| 1.2.3 课题研究的意义 |
| 1.3 国内外研究现状及发展趋势 |
| 1.3.1 国外关于疲劳研究的现状和发展趋势 |
| 1.3.2 国内关于疲劳研究的现状和发展趋势 |
| 1.4 本文研究的主要内容及技术路线 |
| 1.4.1 本文研究的主要内容 |
| 1.4.2 本文研究的技术路线 |
| 2 转轮叶片的疲劳寿命分析理论与方法 |
| 2.1 流场数值模拟方法 |
| 2.1.1 转轮中流体动力学控制方程 |
| 2.1.2 流场数值模拟中的湍流模型与动静干涉的处理 |
| 2.1.3 网格生成技术与计算离散方法 |
| 2.2 基于流固耦合的转轮动态响应数值模拟方法 |
| 2.2.1 流固耦合控制方程 |
| 2.2.2 流固耦合的求解方法 |
| 2.2.3 流固耦合分析的实现方法 |
| 2.3 转轮叶片疲劳分析理论与方法 |
| 2.3.1 疲劳的定义及其产生的原因 |
| 2.3.2 材料的S-N曲线 |
| 2.3.3 影响疲劳强度的因素 |
| 2.3.4 疲劳累积损伤理论 |
| 2.3.5 雨流统计计数法 |
| 3 混流式水轮机全流道流场数值模拟 |
| 3.1 研究对象及计算工况的选取 |
| 3.2 全流道几何造型、网格划分及边界条件设置 |
| 3.2.1 全流道三维几何造型 |
| 3.2.2 计算网格的划分 |
| 3.2.3 边界条件的设置 |
| 3.3 混流式水轮机转轮稳态流场计算结果分析 |
| 3.4 混流式水轮机转轮瞬态流场计算结果分析 |
| 4 基于流固耦合的混流式水轮机转轮叶片动力学分析 |
| 4.1 转轮叶片三维几何造型及网格划分 |
| 4.2 约束及载荷的施加 |
| 4.3 转轮长短叶片静力学计算分析 |
| 4.4 转轮长短叶片瞬态动力学计算分析 |
| 5 混流式水轮机转轮长短叶片疲劳寿命分析 |
| 5.1 疲劳计算参数的确定 |
| 5.2 不同工况下的疲劳损伤计算 |
| 5.3 转轮长短叶片疲劳寿命计算 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 本文总结 |
| 6.2 进一步研究工作 |
| 参考文献 |
| 附录A 主要符号 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（8）某低水头混流式水轮机转轮叶片流固耦合分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 课题名称 |
| 1.3 课题研究的目背景、目的和意义 |
| 1.3.1 课题的研究背景 |
| 1.3.2 课题研究的目的和意义 |
| 1.4 国内外研究现状 |
| 1.4.1 流固耦合的国内外研究现状 |
| 1.4.2 水轮机转轮叶片流固耦国内外研究现状 |
| 1.5 本文的主要工作 |
| 2 混流式水轮机三维定常湍流数值计算 |
| 2.1 水轮机内部流场数值计算的物理模型 |
| 2.2 水轮机内部流场数值计算的相关理论 |
| 2.2.1 水轮机内部流动的基本控制方程 |
| 2.2.2 水轮机内部流动的主要湍流模型 |
| 2.3 基于 FLUENT 软件的水轮机内部流场数值计算的实现 |
| 2.3.1 计算网格 |
| 2.3.2 求解方法 |
| 2.3.3 求解设置 |
| 2.4 计算工况的选取 |
| 2.5 水轮机性能预测 |
| 2.5.1 过流部件中的流场分布与性能关系 |
| 2.5.2 水轮机出力预测方法 |
| 2.5.3 水轮机效率的预测方法 |
| 2.6 数值计算结果分析 |
| 2.6.1 验证性分析 |
| 2.6.2 内部流场分析 |
| 3 考虑流固耦合的混流式水轮机转轮叶片静力分析 |
| 3.1 水轮机转轮三维几何模型 |
| 3.2 水轮机转轮有限元网格离散 |
| 3.3 基于流固耦合静力分析的相关理论 |
| 3.3.1 静力分析的弹性力学基础 |
| 3.3.2 静力分析的有限元方程 |
| 3.4 考虑流固耦合的水轮机转轮静力分析的实现 |
| 3.4.1 基于ANSYS软件流固耦合的求解方法 |
| 3.4.2 载荷及边界条件确定 |
| 3.5 数值计算结果与分析 |
| 3.5.1 不同载荷施加方式下的应力与变形分析 |
| 3.5.2 不同流量下的应力与变形分析 |
| 4 混流式水轮机转轮叶片的模态分析 |
| 4.1 模态分析的理论基础 |
| 4.1.1 结构运动方程及有限元方程 |
| 4.1.2 转轮模态分析的特征方程 |
| 4.2 基于ANSYS的转轮叶片模态数值计算的实现 |
| 4.3 数值计算结果与分析 |
| 4.3.1 转轮干模态与湿模态分析 |
| 4.3.2 单个转轮叶片干模态与湿模态析 |
| 4.3.3 转轮及转轮叶片发生共振可能性分析 |
| 4.3.4 静水压力对转轮动力特性的影响 |
| 4.3.5 离心力对转轮动力特性的影响 |
| 4.3.6 流体密度对转轮动力特性的影响 |
| 5 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 附录 A湿模态数值计算时流体域属性的APDL语言 |
| 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果 |
| 致谢 |
（9）基于数值计算的混流式水轮机动力特性分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 研究背景及问题提出 |
| 1.2.1 课题研究背景 |
| 1.2.2 研究目的及意义 |
| 1.3 水轮机动力特性的国内外研究现状 |
| 1.3.1 混流式水轮机的应用现状 |
| 1.3.2 水轮机转轮的动力学的研究现状 |
| 1.3.3 流固耦合问题研究现状 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第2章 水轮机动力特性分析理论 |
| 2.1 流动数值计算理论 |
| 2.1.1 流体动力学控制方程 |
| 2.1.2 紊流模型 |
| 2.1.3 控制方程的离散方法 |
| 2.1.4 离散方程的求解 |
| 2.1.5 流场模拟软件简介 |
| 2.2 水轮机振动分析理论 |
| 2.2.1 有限元的基本理论 |
| 2.2.2 模态分析基本原理 |
| 2.2.3 流固耦合基本原理 |
| 2.2.4 流固耦合软件简介 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 水轮机过流部件计算模型 |
| 3.1 水轮机参数 |
| 3.2 水轮机过流部件几何模型的建立 |
| 3.3 计算域网格划分 |
| 3.3.1 网格划分方法 |
| 3.3.2 网格划分过程 |
| 3.3.3 网格质量检查及提高 |
| 3.3.4 水轮机流动计算域网格模型 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 水轮机内部流动数值计算与分析 |
| 4.1 水轮机内部流动数值计算概述 |
| 4.2 水轮机内部流动数值计算 |
| 4.2.1 水轮机计算工况 |
| 4.2.2 计算模型及求解设置 |
| 4.2.3 动静界面的处理 |
| 4.2.4 边界条件和初始条件 |
| 4.3 水轮机全流道计算结果分析 |
| 4.3.1 蜗壳及固定导叶内部流动分析 |
| 4.3.2 导水机构内部流动分析 |
| 4.3.3 转轮内部流动分析 |
| 4.3.4 尾水管内部流动分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 转轮结构动力学分析 |
| 5.1 转轮网格划分与载荷施加 |
| 5.2 转轮静力计算及分析 |
| 5.2.1 不同荷载施加方式下转轮静应力分析 |
| 5.2.2 不同转速下转轮静应力分析 |
| 5.3 转轮振动特性研究 |
| 5.3.1 转轮固有模态分析 |
| 5.3.2 考虑预应力下的转轮模态分析 |
| 5.3.3 转轮振动特性分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 总结 |
| 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果 |
（10）高速离心泵流固耦合动力特性的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 研究的目的及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 高速离心泵振动问题的研究 |
| 1.2.2 流固耦合研究现状 |
| 1.2.3 ANSYS软件在研究叶片刚强度和振动方面的现状 |
| 1.3 本文研究的技术路线和主要内容 |
| 第二章 数值模拟理论基础 |
| 2.1 数值模拟计算理论 |
| 2.1.1 有限元法 |
| 2.1.2 湍流模式 |
| 2.2 控制方程 |
| 2.2.1 流体力学控制方程 |
| 2.2.2 结构应力场和流固耦合模态分析控制方程 |
| 2.3 小结 |
| 第三章 高速离心泵水力设计、三维造型及网格划分 |
| 3.1 水力设计 |
| 3.1.1 诱导轮水力设计 |
| 3.1.2 叶轮及蜗壳水力设计 |
| 3.2 离心泵的三维造型 |
| 3.2.1 Pro/E简介 |
| 3.2.2 实体三维造型 |
| 3.3 网格的划分 |
| 3.3.1 非结构化网格技术 |
| 3.3.2 高速泵及其内流道的网格生成 |
| 3.3.3 网格质量检查 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 高速离心泵内部流动的数值模拟及实验分析 |
| 4.1 CFX软件简介 |
| 4.2 边界条件、求解控制及收敛判据 |
| 4.2.1 边界条件 |
| 4.2.2 求解控制 |
| 4.2.3 收敛判据 |
| 4.3 高速离心泵整机定常流动计算及性能试验结果分析 |
| 4.3.1 实验装置 |
| 4.3.2 整机定常流动计算方法 |
| 4.3.3 计算性能曲线和试验性能曲线的对比 |
| 4.4 内部流场分析 |
| 4.4.1 压力分析 |
| 4.4.2 速度分析 |
| 4.5 小结 |
| 第五章 高速离心泵刚强度及模态分析 |
| 5.1 概述 |
| 5.2 叶片静应力分析的有限元方程 |
| 5.2.1 叶片的静应力方程 |
| 5.2.2 叶片流固耦合问题处理方法 |
| 5.3 基于流固耦合的叶片静应力模拟 |
| 5.3.1 载荷的施加 |
| 5.3.2 计算结果及分析 |
| 5.4 模态分析的理论基础 |
| 5.4.1 模态分析的数学方程 |
| 5.4.2 叶片动频计算方程 |
| 5.5 模态分析模拟 |
| 5.5.1 计算模型 |
| 5.5.2 空气中诱导轮及叶轮振动特性分析 |
| 5.5.2 旋转离心力对泵振动的影响 |
| 5.5.3 水压力对泵振动的影响 |
| 5.5.4 水中叶轮振动特性分析 |
| 5.6 小结 |
| 第六章 流固耦合分析 |
| 6.1 流固耦合有限元方程 |
| 6.2 计算模型 |
| 6.3 计算结果及分析 |
| 6.4 小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 研究结果总结 |
| 7.2 研究工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文 |
四、混流式转轮静强度和振动特性分析（论文参考文献）
- [1]基于流固耦合的混流式转轮受力与振动特性分析[J]. 何严希,周建中,马越,冯治国. 水电能源科学, 2022(01)
- [2]映秀湾电站水轮机转轮流固耦合数值计算[D]. 邓志强. 西华大学, 2021(02)
- [3]大变幅水头混流式水轮机空化特性研究[D]. 宿科. 西华大学, 2021(02)
- [4]混流式水轮机转轮模态计算及振动特性分析[J]. 史广泰,杨茜,刘宗库,薛志成. 西华大学学报(自然科学版), 2019(06)
- [5]基于强度退化累积损伤模型的承载结构疲劳寿命预测研究[D]. 李威. 北京交通大学, 2019(01)
- [6]水牛家电站水轮机内流场数值计算及转轮流固耦合特性研究[D]. 彭坜. 西华大学, 2018(02)
- [7]基于流固耦合的混流式转轮叶片疲劳分析[D]. 赵玺. 西华大学, 2016(07)
- [8]某低水头混流式水轮机转轮叶片流固耦合分析[D]. 刘育. 西华大学, 2015(06)
- [9]基于数值计算的混流式水轮机动力特性分析[D]. 刘波. 河北工程大学, 2013(04)
- [10]高速离心泵流固耦合动力特性的研究[D]. 钱玉琴. 江苏大学, 2010(05)