基于空化流动流固耦合的混流式水轮机转轮叶片振动机理研究

近年来，随着混流式水轮机机组的大型化，特别是机组的能量特性和空化特性达到一定水平后，对机组的运行稳定性要求更为严格。本研究项目的主要研究内容就是将先进的计算流体力学和计算结构力学技术相结合，发展精确、高效的直接流固耦合数值方法；利用数值模拟对正在设计开发的1000MW水轮机组，分析不同运行工况下、不同空化条件时，水轮机内部涡流在流动与转轮叶片耦合中的作用，以及叶片在不稳定水流激励下的振动响应，总结空化涡流诱发叶片振动的条件，掌握叶片振动方式，探讨水轮机内部空化涡流诱发转轮叶片振动与运行工况之间的关系，给出避免涡流诱发叶片振动的安全运行区域。

随着水力机械的大型化和高速化，特别是机组的能量特性和空化特性达到一定程度后，对机组的运行稳定性要求更为严格。水力机械的运行稳定性涉及其内部复杂的旋涡流动、空化流动以及过流部件的结构特性。本研究项目的主要研究工作是将先进的计算流体力学和计算结构力学技术相结合，发展了精确、高效的直接流固耦合数值方法；利用数值模拟对1000MW水轮机组分析了不同运行、不同空化条件下内部涡流在流动与转轮叶片耦合中的作用，以及叶片在不稳定水流激励下的振动响应，总结了空化涡流诱发叶片振动的条件，掌握了叶片振动方式，探讨分析了水轮机内部空化涡流诱发转轮叶片振动与运行工况之间的关系，给出了避免涡流诱发叶片振动的安全运行区域。项目工作对大型水力机械运行稳定性提高具有重要的指导意义。