基于双向流固耦合的贯流式水轮机动力特性分析

来源：农业工程学报杂志2016年第4期北京时间：

作者：郑小波,王玲军,翁凯,

摘要：为了深入研究流固耦合作用对贯流式水轮机转轮动力特性及内部流场的影响，文中采用商业软件CFX和ANSYS APDL对贯流式水轮机流体域和固体域进行耦合求解，分析了耦合作用对结构应力及应变的影响，并将耦合数值计算得到的转轮外特性与实测值进行了对比。结果表明：考虑耦合作用后，转轮的效率、水头与耦合前相比都有不同程度的下降，最大值分别为0.6%、0.21 m。同时在靠近叶片出水边轮缘附近，耦合后压力面与吸力面压力差有所下降，说明耦合作用会降低转轮的水力性能。 2种耦合计算方法求解得到的叶片的等效应力分布基本一致，应力集中都出现在转轮叶片与枢轴法兰联接处，同时双向耦合下最大等效应力的主频与单向耦合相比有明显下降的趋势，由于双向耦合考虑了结构在运动过程中周围水体与结构的相互影响。该研究为实际工程中准确地进行转轮的水力性能预估和叶片结构在水中瞬态响应计算提供了参考。

关键词：贯流式水轮机, 流场, 效率, 流固耦合, 等效应力, 变形位移, 压力分布