基于ANSYS的弧面三角闸门自振特性研究

水工闸门设计时需考虑闸门整体的自振频率,避免水流脉动作用使闸门产生强烈共振.本文以某船闸弧面三角闸门的动力学问题为背景,重点分析流固耦合效应对闸门整体结构自振特性的影响,并基于有限元分析软件ANSYS建立弧面三角闸门的数值分析模型,计算出闸门在不同门前水体宽度和高度下的自振频率和振型.结果表明,水体产生的流场对闸门自振特性有显著影响.     

水工闸门流激振动响应的一种计算方法

将作用在闸门上的水动力荷载分解为闸门无振动时的水流脉动压力和由于闸门振动引起的附加扰动流场所产生的动水压力两部分．用定义在频域上的相干函数来分析模型试验测得的脉动压力在各个节点之间的时空相关性,同时考虑脉动压力在不同频率分量上相关程度的不同,形成脉动水流的节点荷载,然后据随机振动理论建立模型试验和数值计算相结合的水工闸门流激振动响应计算方法,并以双口渡电站弧形闸门为例进行了算例分析．计算结果表明,该方法能够较好地满足工程分析的要求,并可以应用于其他水工建筑物的流激振动响应分析．     

太平哨电站泄洪坝弧形闸门振动试验研究

通过对太平哨电站泄洪坝10号和17号弧形闸门的振动试验,分别测得了闸门在空载和有载工况下的动力特性以及闸门开启下落过程的加速度响应.结果显示两孔闸门的基频很接近.同一闸门空载和有载工况下的基频也很接近,并且空载工况下的基频要大于有载工况下的基频.而有载工况下第一阶振型的阻尼要大于空载工况下第一阶振型的阻尼.还得到了闸门振动加速度响应与开度的关系曲线.显示闸门在小开度下振动加速度较大,指出了闸门开启运行时的最不利泄流位置,为其它孔闸门开启运行提供了依据.     

基于CFD的自动计量弧形闸门水力特性三维数值模拟

建立了自动计量弧形闸门不同开度时,闸门安装段流体计算域的三维模型,采用VOF模型及标准k-ε模型对过闸水流进行三维数值模拟.获得过闸水流的流动特性和渠底所受压力曲线,分析其流速、流场、压力分布的变化规律,提出了闸门安装段渠道结构的改进方案并进行仿真.结果表明:与现有弧形闸门安装渠道相比,修建消力池、加长闸后矩形明渠的长度,不仅可以削弱水流对渠道的冲刷与破坏作用,减少闸门底部泥沙堆积,而且闸门前后渠底所受压力平稳区的水压波动范围减小,有利于提高水位测量精度.     

深孔弧形闸门在不同运行开度下的结构应力状态

通过深孔弧形钢闸门的水弹性模型试验,对比分析深孔弧形闸门在不同运行工况下的时均应力状态及其变化规律.分析结果表明:深孔弧门在不同运行开度下的结构应力状态不同,其最大应力的位置可因开度变化而发生转移,不同弧门的应力状态及其变化规律既有共同性也有差异.     

不同开度下水泵水轮机飞逸工况压力脉动特性分析

为研究不同开度下混流式水泵水轮机流道内的压力脉动,采用Realizable k-ε湍流模型,进行了某模型水泵水轮机飞逸工况7个不同开度下的全流道三维非定常数值计算,并与实验结果进行对比,分析了其各区域压力脉动幅值和频率.结果表明:随着开度的增大,转速上升,水泵水轮机流道内的压力脉动幅值有所升高,增大到一定程度后会引起蜗壳内流动特性的改变;中间开度21 mm时活动导叶转轮区域及尾水管内压力脉动主频较其余两开度高而幅值有所降低;尾水管中压力脉动主频具有传递性且幅值随流动方向增大.     

大型水电站分层取水叠梁门的脉动压力特性

为减少下泄低温水对下游生态环境的影响,某水电站进水口拟采取叠梁门分层取水方式.由于过流方式不同,叠梁门与普通平板闸门在荷载特性上存在明显差别.通过模型试验对进水口叠梁门的脉动压力进行测量,结合数值模拟结果,分析了叠梁门上脉动压力的分布规律及荷载特性.结果表明:在所有工况下,作用在叠梁门不同部位的脉动压力特性不同,但均在叠梁门下游侧底部出现了较大的脉动压力;叠梁门下游侧底部大漩涡产生的脉动压力是诱发叠梁门流激振动的主要激振力.提出了一种针对叠梁门顶部过流计算激振力的简易方法,可供工程设计参考使用.     

闸门水下自振频率的分析与计算

本文根据闸门在水体中振动的特性,对闸门振动时所受的随动水体的附加质量力和粘性阻尼力进行了分析.由于闸门动力特性与闸门本身的结构特性,支座方式,起吊机构的特性,在闸门槽中的紧固程度及闸门面板的水平倾角等有关,在计算闸门水上,水下的自振频率时,视县体情况分别将门体简化成刚性体或平面(空间)弹性刚架.根据上述原理、编制了相应程序.实例计算表明,附加质量力对水下闸门的自振频率有明显的影响.     

水工弧形钢闸门振动的负阻尼

引入了弧形闸门小开度切向振动时因流量随时变化产生的水力负阻尼的表达式,定义了因压杆纵向恒定力及交变力引起的参数共振相应的负阻尼·对弧门振动的不同情况简化为两端铰支承和一端铰支一端弹性支承两种端点条件不同的压杆,并给出了相应的第一欧拉临界力的计算式·由动力方程给出了杆端纵向力的近似算式,根据实验资料给出了作用在支铰上的脉动压力的参考值,为讨论可能出现动力失稳的典型情况奠定了基础·     

考虑流固耦合作用的承船厢结构自振特性分析

升船机承船厢在工作时,为避免发生流激振动现象,需探究水体流动性对系统自振特性的影响,通过应用三种不同方法考虑厢内水体与船厢结构的流固耦合作用,进行多种模型下承船厢自振特性的对比分析,了解承船厢结构在考虑流固耦合作用下动力特性的变化规律.结果表明:承船厢结构低阶振型对应的自振频率与水流脉动频率均有重合,在船舶进出船厢前的充泄水流的激励下有可能引发结构的整体振动.此结果可为承船厢结构的自振特性分析提供参考.     

振动条件下旋流分离器内螺旋流的流固耦合研究

旋流分离器工作时受到外部流体的影响会产生振动,从而影响内部流场分布规律。为研究振动条件下旋流分离器内螺旋流的流固耦合作用,建立振动条件下旋流分离器的双向流固耦合模型,对同种激振频率下不同激振力的流固耦合作用进行数值模拟。结果表明:螺旋流场随着结构一起运动,而结构的运动引起了流场结构的偏移;周期振动下的流场径向速度变大,并随激振力的增大而增加;周期性激振力影响了切向速度的对称性,并使轴向速度近轴区域速度变大;不同截面的结构运动轨迹呈"O"型,振动形态呈抛物线状。     

改型环形灌注泵的径向力研究

为解决灌注泵的泄漏问题 ,对灌注泵的 3个特征及轴封泄漏量的解析式进行了分析 .认为轴封间隙过大是导致灌注泵泄漏的主要原因 ,而轴封间隙是由作用在叶轮上的径向力引起的 .普通离心泵径向力及轴封间隙过大因而不适合用作灌注泵 .设计出一种改型环形离心泵 ,其压水室由一段环形流道和一段螺旋形流道组成 .对环形压水室、螺旋形压水室及环形 -螺旋形压水室泵径向力的定性分析表明 :这种改型环形灌注泵的径向力小 ,且最小径向力点向小流量方向偏移 ,正好满足灌注泵小流量下小径向力的要求 .对这种改型环形泵的径向力进行了测试 ,并将结果与相同比转速下涡形泵和环形泵径向力的计算值进行了比较 ,也证实了上述结论     

风屏障对流线型箱梁涡振性能影响机理试验研究

为研究风屏障透风率对主梁涡振性能的影响,依托某主跨808 m大跨度钢箱梁悬索桥,通过风洞测振、测压试验得到模型风致振动响应和表面各测点压力时程数据.测试原桥断面在加设风屏障后±5°攻角范围内的涡振性能,对比分析原桥断面和3种不同透风率风屏障以及安装水平分流板5种工况下主梁涡振响应和桥面各测点脉动压力系数均值、根方差;同时分析局部气动力与总体气动力的相关性和贡献作用.研究结果表明,原断面在+5°攻角下发生了多区间竖弯涡激振动,且涡振振幅远超规范允许值.安装不同透风率的风屏障后对主梁的涡激共振产生了有利的影响,消除了主梁原断面在低风速区间的涡振,最大振幅也有一定的减小.根据测得的压力数据分析,带风屏障主梁上表面中后部压力脉动减弱及局部气动力与总体气动力贡献系数减小使得主梁振幅有了小幅减小;在主梁风嘴处添加水平分流板后,局部气动力与总体气动力的相关性被完全破坏,压力脉动减弱,从而有效地抑制了主梁在该情况下的涡振.     

混流式水轮机进动过程中转轮上冠转动流体力矩研究

通过模型实验和基于整体流动模型的数值模拟研究了混流式水轮机进动过程中作用在转轮上冠的转动流体力矩的基本特性.模型实验中的转轮用一个圆盘来模拟,其上冠与后顶盖之间形成一个很小的轴向间隙.内向流由外部水泵供给.检验分析了间隙内泄漏流速、径向间隙进口处的预旋速度和轴向间隙宽度对流体力矩的影响.研究结果表明,进动流体力矩在很小的正向进动角速率比区间内对转轮的进动具有自激效应,并且进口处预旋速度对自激区间的影响显著.通过对转轮进动过程中流体所产生的转动力矩在转轮旋转和不旋转两种情况下的比较,得出了法向流体力矩在转轮只有进动没有旋转的情况下对转轮的进动没有自激效应.法向流体力矩对进动所产生的自激效应是由转轮转动所形成的漩涡流引起的.     

反应堆堆内构件流体激振力的数值模型研究

针对反应堆堆内构件流致振动分析评价中如何合理获取流体激振力的关键技术难题,开展了典型反应堆堆内构件三维流场分析的数值模型研究。研究基于计算流体动力学方法,首先,根据反应堆堆内构件的结构特点和运行工况参数,将实际结构的关键部件、物理边界提取并做适当简化,在合理降低计算规模的同时,又充分保留其流场特征;其次,综合考虑计算资源和计算效率,采用结构网格和非结构网格相结合的混合网格划分方式以及分区化的网格尺寸策略,将流场十分复杂但并不关注其细节的堆芯段采用多孔介质模拟,使划分的网格能够捕捉流场特征,进而建立了适用于工程的三维流场分析模型,并对预测结果较好的3种湍流模型进行了对比研究。获得了反应堆堆内构件的三维流线和压力分布特征、典型测点压力脉动的时程与功率谱密度（PSD）特性、3种湍流模型对反应堆堆内构件流体激振力的预测情况、作用于吊篮表面的流体激振力特性。结果表明,大涡模拟（LES）模型可以较好地预测反应堆堆内构件的流体激振力,同时又具有一定的保守性,作用在反应堆堆内构件的流体激振力符合宽带随机性,可为反应堆堆内构件流致振动分析评价提供关键参数和输入载荷。     

地震时作用于深水桥墩上的动水力及对桥墩动力响应的影响

基于势流体理论,针对一典型实体矩形截面桥墩,分析了不同水深时,动水对桥墩自振特性的影响.研究了不同水深和地震波类型等条件下,作用于桥墩上动水压力的分布规律及其合力作用点位置,并分析了动水对矩形截面桥墩在地震作用下动力响应的影响.结果表明,由于动水和结构相互作用的影响,矩形截面桥墩的自振周期、墩底弯矩及剪力的峰值会随着水深的增加而不断增大.动水使墩底弯矩和剪力分别最多增大了31%和50%,因此动水对桥墩动力反应的影响不可忽略.并且,不同类型地震波对作用于桥墩上的动水压力分布的影响也不相同.根据日本规范计算作用于矩形截面桥墩上的动水力的结果与本文的结果更为接近.