转桨式水轮机双路流固耦合的模拟

• 作者: H schmucker
• 来源期刊: 国外大电机
• 学科: 工学
• 关键词: 转桨式水轮机 流固耦合 耦合模拟 双路 水轮机叶片 流体结构 机械仿真 叶片变形
• 年，卷（期）: 2012,（2）
• 页码范围: 56-62
• 页数: 7页
• 分类号: TP242.3

摘要

在水轮机运行期间，作用于水轮机叶片的流体压力负荷给水轮机主轴提供传动力矩。流体负荷引起部件上的结构负荷，反过来引起水轮机叶片的变形。按老传统，这些机械应力和变形是用有限元分析（FEA）来计算的，通过应用CFD作为一个主要的边界条件来对叶片表面施加压力分布。这样的解决方法可以看作为单路的流体结构作用问题的的耦合模拟（FSI）。在这个分析中，反过来对流体形变的影响通常是忽略不计的。但在轴流机械中叶片的变形可以对水轮机性能有显著的影响。本文通过对转桨式水轮机进行完整的双路流固耦合仿真采用两种不同方法分析了这个影响。设置中整合了两种商业求解器，即ANSYSCFX的流体结构仿真和ANSYSClassic版的结构机械仿真。通过改变杨氏模量的方法更详细地对不同叶片刚度的结果进行对比，并对叶片变形对于转轮流量和性能的影响进行了讨论，说明所采用的设置在正常结构条件下不产生显著影响。这个研究还同样指出，作为实用的工程设置，双路耦合流体结构，目前作为商业化仿真的软件工具来说仍然具有挑战性。