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空化流声学模态对水力机械结构动力特性的影响

批准号:
52079141
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
周凌九
依托单位:
学科分类:
水力机械与水利机电系统
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
周凌九

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
水力机械发生空化后,流体的声学模态将发生变化并导致结构湿模态变化,同时流体的声学模态被激励时,可能导致结构出现纯声学模态相关的响应。但是目前对空化流声学模态及与之相关的结构湿模态、水力阻尼以及共振响应方面缺乏研究,与之相关的振动问题不能在设计阶段被预测,在水力机械设计运行及故障诊断中存在盲区。为此,本项目拟首先改进单相流体声学模态计算方法,从研究空化对声学模态的影响入手,通过分析声学模态与结构模态在交接面上的耦合和非耦合作用方式,揭示空化流内结构湿模态的转移规律及其机理,给出空化流结构湿模态预测方法;然后利用能量法建立空化流中水力阻尼的计算方法,进而改进声固耦合计算方法,并预测结构在纯声学模态及声-固耦合模态激励下的响应规律及响应机理;最后应用以上方法分析翼型空化、尾水管涡带空化及泵进口回流空化等对转轮湿模态及其结构动力学响应的影响,为保障机组安全稳定运行提供计算方法及指导依据。
英文摘要
Cavitation can change wet modes of submerged structure by changing acoustic modes of the surrounding fluids. Cavitation related acoustic mode can be excited in a submerged structure when exciting mode and frequency is coordinate with it. But because of limited information on the influence of cavitating on the acoustic mode, structure wet mode and related resonance in the field of hydraulic machinery, the related vibration problem might not be correctly predicted in design stage or diagnosed after trouble. This project will focus on this issue. Firstly acoustic mode and of cavitating hydrofoil flow and structure wet mode will be calculated by modified the method used for single phase fluid to study the influence of cavitation parameters on the acoustic mode. Then its effect on structure wet mode and the mechanism of mode transition will be studied by investigate the interaction of acoustic mode and structure mode. The energy method will be modified to predict the hydraulic damping factor. After that the resonance of the structure related with pure acoustic mode and coupling mode be investigated by improved acoustic-structure coupling method. The method will finally be applied to study the acoustic mode ,structure wet mode and resonance characters affected by cavitation on runner blades, draft tube vortex cavitation and back flow cavitation in pump inlet. The study will benefit the design and diagnosis of the hydraulic machinery.
水力机械发生空化后,不仅会导致各种流动不稳定,同时流体的声学模态将发生变化并可能导致结构湿模态变化,同时流体的声学模态被激励时,可能导致结构出现纯声学模态相关的响应。但是目前对空化流声学模态及与之相关的结构湿模态、水力阻尼以及共振响应方面缺乏研究,与之相关的振动问题不能在设计阶段被预测,在水力机械设计运行及故障诊断中存在盲区。因此,本项目主要研究围绕声学模态对结构动力学特性影响开展研究。.首先改进了单相流体声学模态计算方法,从研究空化对声学模态的影响入手,通过分析声学模态与结构模态在交接面上的耦合和非耦合作用方式,揭示了空化流内结构湿模态的转移规律及其机理,给出空化流场中结构湿模态预测方法。.然后利用能量法建立了浸没结构水力阻尼的计算方法,预测了壁面距离、振幅等对圆盘水力阻尼的影响,在此基础上发展了空化流中水力阻尼的计算方法,预测了空化条件下翼型典型模态的水力阻尼。.最后应用以上方法分析轮盘结构半浸没条件下的耦合特性和典型水力机械结构在空化条件下湿模态的特点,揭示了流体附加质量不均匀性对结构湿模态的影响,发现当附加质量在变形较大的区域分布时,对结构的湿模态影响较大;当附加质量分布在节线附近时,对结构的湿模态频率影响有限。 .以上研究成果应用于发生翼型空化的转轮、发生液道涡的混流式水轮机转轮以及发生间隙泄漏涡的轴流式水轮机转轮等的结构动力学分析中,为水力机械结构湿模态预测提供算法,发现在叶道涡条件下的转轮以及发生间隙泄漏涡条件下的轴流式转轮叶片的湿模态频率虽然略高于无空化条件的值,但总体差别较小;但是低压侧翼型空化对结构模态的影响较大。
水泵水轮机动静双盘结构与流体腔的耦合特性分析
  • 批准号:
    52479091
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    48.00万元
  • 批准年份:
    2024
  • 负责人:
    周凌九
  • 依托单位:
基于非线性水声模型的离心泵空化喘振研究
  • 批准号:
    51479200
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    84.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    周凌九
  • 依托单位:
基于直接矩积分法的空化云溃灭模型研究
  • 批准号:
    51279205
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    82.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    周凌九
  • 依托单位:
空化的全应力准则模型及水力机械翼型空化大涡模拟方法研究
  • 批准号:
    50879088
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    33.0万元
  • 批准年份:
    2008
  • 负责人:
    周凌九
  • 依托单位:
国内基金
海外基金