《水翼尾部形狀對水翼繞流及水力阻尼特性影響研究》是依託中國農業大學，由姚志峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：水翼尾部形狀對水翼繞流及水力阻尼特性影響研究
- 依託單位：中國農業大學
- 項目負責人：姚志峰
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
水力機械葉片尾部的卡門渦會導致機組強烈振動和葉片裂紋。工程實踐表明，修改葉片尾部幾何形狀有可能避免卡門渦共振的發生，但其背後的機理卻尚未被揭示。本研究以試驗為主要研究手段，針對3種較為典型的水力機械葉片尾部形狀，以水翼為主要研究對象，開展尾部形狀與其水力阻尼特性關係的研究。首先獲取水翼在不同流速條件下的尾流區流場特徵（包括尾部正背面剪下層干涉及旋渦脫落過程、脫落旋渦頻率、脈動壓力場和速度場分布、渦強度和渦核直徑等）和水翼水動力回響特性參數；通過不同流速下的水翼振動回響試驗識別出水力阻尼參數，構建不同尾部形狀水翼的水力阻尼參數與流速的關係，並明確其適用條件；最後揭示Donaldson尾部形狀水翼不發生“鎖頻”現象的內在機理，並給出尾部形狀對水力阻尼的影響，最終提出考慮水力阻尼特性的水翼尾部形狀最佳化方法，以期科學地指導水力機械葉片尾部形狀設計，為進一步提高水力機組穩定運行提供科學指導。
結題摘要
水力機械葉片尾部的卡門渦會導致機組強烈振動和葉片裂紋。工程實踐表明，修改葉片尾部幾何形狀有可能避免卡門渦共振的發生，但其背後的機理卻尚未被揭示。本研究通過試驗和數值計算研究了不同尾部形狀水翼繞流及其水力阻尼特性。主要研究內容及創新性成果如下：（1）設計了水翼水力阻尼實驗，在水翼表面嵌入激振片給予水翼激振，最大程度的減小了對水翼附近流場的干擾作用，有效的克服了高速水流環境下水聲噪音的影響。通過測試獲得了不同流速和共振模態下的水力阻尼參數值；（2）明確了水力阻尼比與流速之間的關係。水翼固有頻率隨著流量的增加略有增大，在共振發生的流量點之前，水力阻尼比保持定值之後線性增加，該規律與水翼尾部形狀無關；（3）獲取了水翼在不同流速條件下的尾流區流場特徵（包括尾部正背面剪下層干涉及旋渦脫落過程、脫落旋渦頻率、脈動壓力場和速度場分布、渦強度和渦核直徑等）和水翼水動力回響特性參數；（4）建立了較為可靠的水力阻尼數值預測方法，分析誤差在20%以下。將水翼尾流流場的水動力學參數與結構振動回響聯繫起來，提煉流場特徵參數與水力阻尼參數的關係，提出了一種通過觀水翼測流場特徵來預判其水動力學回響的方法。
