《不完整約束蝸殼-水力聯合作用及誘振機理研究》是依託昆明理工大學，由郭濤擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：不完整約束蝸殼-水力聯合作用及誘振機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：郭濤
- 依託單位：昆明理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
水力因素誘發的機組振動，不僅振源特性呈現出多樣性和複雜性，其機理至今尚未完全清楚，而且機組剛度以及水工建築物（基礎）的結構形式和蝸殼埋設方式等對誘振和振動傳遞也有顯著影響。預壓蝸殼以其獨特的結構優勢在大中型水電站中已經得到越來越廣泛的套用。然而不完整約束對蝸殼結構的受力性能也帶來較大影響，尤其是考慮非均勻縫隙，對機組與外圍混凝土之間的振動傳遞影響顯著。本項目研究的核心內容就是弄清楚蝸殼結構在脫空、亞臨界接觸狀態和聯合工作狀態下的蝸殼-水力耦合振動機理；研究高雷諾數旋轉湍流場中流固體（流體+蝸殼）在歐拉、拉格朗日構架下的變形和動力學特徵研究。建立求解此類蝸殼-水力聯合作用所需的界面耦合程式的快速算法及高效的數值模擬技術的實現；結合振動感測試驗，揭示蝸殼-水力相互作用的動力學機理。本項目研究對推進不完整約束蝸殼結構的水輪機穩定性分析方法體系的發展具有重要理論意義和套用價值。
結題摘要
水力因素是誘發機組的重要因素之一，而且水工建築物（基礎）的結構形式和蝸殼埋設方式等對誘振和振動傳遞也有顯著影響。預壓蝸殼以其獨特的結構優勢在大中型水電站中已經得到越來越廣泛的套用。然而不完整約束對蝸殼結構的傳力機理也帶來較大影響。本項目以不完整約束蝸殼為研究對象，通過數值計算和理論分析，探討非均勻初始縫隙產生的機理以及弄清小開度工況下，水輪機內部高雷諾數旋轉湍流場的流動狀態，尋找誘發蝸殼結構振動的關鍵水力因素。通過項目資助，研究工作取得了明顯進展，共發表與該項目密切相關的學術論文11篇，其中SCI收錄1篇，EI收錄5篇。本課題的研究內容和重要成果主要集中在如下幾個方面：（1）提出了基於非均勻縫隙的充水保壓蝸殼三維仿真算法，通過數值算例和理論分析，證實數值方法的可靠性和有效性，為非均勻保壓縫隙的求解和仿真模擬提供一種有效手段。從物理角度揭示了非均勻初始縫隙產生的機制和不完整約束蝸殼與外圍混凝土之間的傳力機理;（2）採用大渦模擬方法得到混流式水輪機在下開度工況下，全流道內獨特的流動狀態沿流道的變遷演化過程，以及壓力脈動的分布特徵。並分析這些漩渦、脫流、分離間斷和回流等各種更為劇烈和複雜的水力不穩定現象產生的原因和機理;（3）分別針對固體為超彈性體和剛體的情況，進行了大變形情況和剛體繞流問題的流固耦合計算方法探討。總之，本項目的研究達到了預期目標，研究工作取得了顯著進展，研究結果有助於理解不完整約束蝸殼的真實受力特性，有助於理解水輪機流道內複雜流動的真實物理機理，同時對機組水力穩定性分析和問題的解決具有積極意義。
