水轮机卡门涡列所诱发的叶片激振力分析

本文阐述了卡门涡列的机理,并计算了卡门涡列振动频率及诱发的激振力大小。应用电站实测数据资料验证,得到较一致的结果。     

覆冰导线绕流特性分析

为研究覆冰导线在微风下的振动特性,对新月形覆冰导线在不同雷诺数下的绕流问题进行仿真,计算得到的阻力系数与已有实验结果一致.分析了雷诺数对绕流参数的影响,得到了各参数的变化规律.结果表明:与导线未覆冰时相比,覆冰导线出现卡门涡的雷诺数要滞后,卡门涡对应的雷诺数范围明显缩小,斯特劳哈尔数和阻力系数均减小;卡门涡振动的频率降低,但振幅增高.研究结果可以为输电线振动的防治提供理论参考和实验指导,同时将可视化的仿真结果应用到理论教学中,可以弥补实验条件不足及真实实验难以实施的困难,节省教学资源,加强教学与工程应用之间的有机结合.     

基于本征正交分解和动态模态分解的尾涡激振现象瞬态过程的模态分析

尾涡激振是气动弹性领域的一种常见现象,在上游尾迹的气动激励下会导致流场中结构的强迫振动,该现象会危及被激励结构的完整性和疲劳寿命.本文使用圆柱/叶片的近似模型研究尾涡激振问题.该模型中的圆柱位于上游均匀来流,能够产生特定频率的卡门涡街;叶片位于流场下游,受到圆柱尾迹所施加的持续脉动激励,产生强迫振动.针对尾涡激励的近似模型,通过基于Fluent的二维数值计算,模拟了上游圆柱的脱落涡以及叶片从固定到以本身自然频率振动的瞬态过程,从而提供了流场变化过程的详细信息.基于非定常瞬态结果,采用本征正交分解(POD)和动态模态分解(DMD)分析方法,通过分解与重构叶片附近流场的压力场,提取模态频率及其变化过程,得到了尾涡激振现象的主要流动特征.通过对比两种模态分析结果发现,POD重构在残差处理方面有较大的优势,而DMD在单一频率模态的提取以及变化情况的分析方面更有优势.     

混流式转轮叶片裂纹原因分析及处理技术探讨

通过对国内几大典型电站混流式转轮叶片出现裂纹原因及处理结果的分析,认为混流式转轮叶片的结构、刚度、强度、材质特性、装焊质量和运行工况的科学设定是避免叶片裂纹产生的基本或明显因素;而叶片出口卡门涡频率与叶片固有频率关系的正确设定是消除裂纹产生与发展的潜在或促进因素.因而应用CFD软件对叶片进行水力设计与分析的同时,对卡门涡频率和叶片固有频率进行专项分析、计算,在确认两者无约数关系的条件下,给出较佳的设计方案.     

转子涡动对涡轮叶片非接触式应力测量精度的影响研究

利用叶尖计时（BTT）技术进行涡轮叶片健康监测时，为了获得叶片的真实应力状态和保证测量的高精度要求，本文考虑了转子涡动对叶片非接触式应力测量（NSMS）精度的影响。首先推导了考虑转子涡动的叶片振动提取算法;并通过建立叶片振动有限元模型，模拟了转子不平衡作用下叶片-转子系统的动力学性能。通过对比考虑涡动和不考虑涡动两种算法提取的叶片振动，得到：不考虑转子涡动时，叶尖振动位移幅值为10μm，速度幅值为1.5 m/s考虑涡动时，叶尖振动位移幅值为6μm，速度幅值为1 m/s。结果表明：不考虑转子涡动时，得到的叶尖振动将会偏大，进而使得计算应力大于实际值，不能表达叶片运转过程中的真实应力状态。本文的研究可为提高涡轮叶片NSMS精度提供依据。     

混流式水轮机进水管蝶阀活门裂纹分析

为探讨某电站水轮机进水管蝶阀活门筋板开裂的原因,利用ANSYS有限元软件,分别对蝶阀活门的强度及振动特性进行计算和分析。强度分析结果显示40 mm筋板位置的应力水平很低,筋板的开裂并非是应力过高造成的;蝶阀活门、筋板及盖板的模态分析表明,蝶阀活门的40 mm筋板及90 mm盖板出现了卡门涡。结合有限元分析结果,对电站蝶阀活门进行现场结构模态测试,测试结果与计算结果吻合。分析结果表明,该电站蝶阀活门出现的裂纹是由卡门涡引起的。     

圆柱绕流远场涡对的数值模拟

基于离散涡方法求得非定常、不稳定流场,数值模拟了三种不同时刻高雷诺数下圆柱绕流结构的发展,从流谱图、等涡量线图和涡谱图可以清晰地看出从近场的初生卡门涡街,过渡到远场的二次涡街的过程,计算结果发现：远场离散涡有形成二个涡的涡对及三个涡的涡对的趋势,计算结果说明了流体运动中涡对结构的本质：由于来流是均匀的,没有加入任何拔动,当流体流过钝体时产生具有剧烈分离的不稳定流动,因此在远场形成的二次涡对及卡门涡     

涡激振动研究方法的探讨

涡激振动(VIV)的内容是若干学科的综合,结合了流体力学、结构力学、振动、计算流体力学(CFD)、声学、小波变化、复杂的解调分析、统计学和智能材料。结构的涡激振动(VIV)在许多工程领域具有实际意义。涡激振动的研究方法主要有三种:实验研究,数值模拟和半经验公式,这儿我们主要研究涡激振动的实验研究方法和数值模拟。     

轴流转桨机组桨叶液固耦合振动特性仿真计算

以流滩坝灯泡贯流转桨机组转轮桨叶为例,从推导的转轮叶片液固耦合运动方程出发,计算了轴流机组桨叶在空气中振动和在工作流道中液固耦合振动的主频和主振型,并对流滩坝电站桨叶在稳定运行中产生共振的可能性进行了分析。转轮叶片在工作流道中的主频、主振型和共振特性分析是机组安全运行不可缺少的研究内容,该文在理论计算方法上有别于原有的方法。给出的计算方法适用于其它类型叶片的液固耦合振动特性分析。     

均匀来流下方柱表面风压非高斯特性的流场机理

极值风压和风压非高斯特性是建筑主体和围护结构抗风设计的重要问题,但其流场机制尚未被澄清。采用大涡模拟方法,在雷诺数Re为22 000的条件下,研究了方柱表面风压非高斯特性随风向角的变化规律,分析了风压非高斯区域与平均流场的关系,基于瞬时流场结构探讨了方柱表面出现极值风压的流场机理。研究表明,方柱表面风压非高斯区域主要分布在方柱后角部位和背风面,而方柱侧面的剪切层再附区域(即分离泡区域)则并未出现明显的风压非高斯现象;方柱后角部位极值风压是由间歇性出现的角部附着涡导致,角部附着涡的形成与方柱尾流中的卡门涡有紧密联系;而方柱背风面极值风压则是由方柱尾流卡门涡的回旋作用引起,极值风压的发生位置会随尾流卡门涡的移动而改变。     

类车体尾迹流动非定常特性

通过与已发表的数据相比对,对大涡模拟方法的有效性进行验证.采用该数值方法对高雷诺数下25°后倾角Ahmed类车体背部斜面及尾部垂直面处尾迹区的流动进行解算.通过对背部斜面处分离泡、背部斜面侧边"C柱"处卷起的拖曳涡对及尾部垂直面处回流区流场信息的采用及相关频谱特性分析,研究并明确了尾迹区起主导作用的大尺度相干结构及运动的非定常特性.在流动的不同区域,类车体尾迹区流动的非定常特性不尽相同,主要体现为背部斜面分离泡的拍击振动具有绝对不稳定性特征,由KelvinHelmholtz(KH)不稳定性诱发的大尺度相干结构具有对流不稳定性特征;两侧"C柱"拖曳涡对在背部斜面上与展向涡相互耦合,具有较好的对称性;拖曳涡对在垂直面处回流区内与该区展向涡相互混掺,但无耦合作用且不具有对称性;垂直面处回流区内上、下侧剪切层卷起的展向涡以类似卡门涡街形式交替产生并脱落;高雷诺数时,整个尾迹区流动的特征频率趋于一致.     

大型电站锅炉炉墙振动研究

大型电站锅炉炉墙结构振动的原因很复杂,主要有燃料燃烧不均匀或爆发性连续脉冲;烟气流过管束时形成的卡门涡街;炉膛空腔的声学共振;从结构外振源传来的振动等。炉墙振动过大会造成绝热层开裂、焊接松脱等恶劣后果,锅炉内爆则会引起灾难性的破坏,但目前锅炉结构设计从未考虑其动态特性。本文对国产大型电站锅炉(主要是30万千瓦电站直流锅炉)的炉墙和刚性梁振动进行了较全面的实测,对测试数据进行了谱分析和传递函数分析,研究了炉墙各区域的振幅分布及频率分布,又从相关分析中研究了振动的随机性,定性地分析了燃烧、卡门涡街、声学共振等所引起的振动的频率范围,从而肯定了目前国产30万千瓦电站锅炉炉墙振动的主要振源在于燃烧。     

正交异性板的后屈曲和Karman型精化理论

基于Ｋａｒｍａｎ型正交异性板的精化理论，本文采用挠度型摄动技术研究了复合构造矩形板的屈曲与后屈曲性态。分析中应用了由该理论导出的广义大挠度Ｋａｒｍａｎ方程，不仅考虑横向剪切，而且包含因材料指向性引起的剪弯相互作用。用此摄动技术构造出了四边简支正交异性中厚板和夹层板的后屈曲路径高阶渐展开式。通过比较可以看出，当前计算结果更接近相应的三维弹性理论精确解。     

引入环向压应力系数的竖井井壁空间被动土压力新解

若采用哈尔-卡门完全塑性准则,通过简化滑移线法求解的竖井井壁空间被动土压力值偏大,在工程应用中偏于保守.为了更加准确地计算竖井井壁的空间被动土压力值,引入一个环向压应力系数,对哈尔-卡门完全塑性准则进行修正,此时井壁围岩微元体上径向正应力最大、环向正应力次之、轴向正应力最小,并针对轴对称竖井围岩被动极限平衡状态开展分析...     

层合复合材料剪切板的屈曲和后屈曲

基于Ｋａｒｍａｎ型精化理论,给出了层合复合材料剪切板的广义Ｋａｒｍａｎ大挠度方程,并讨论了该方程在各种特殊情况下的一系列退化形式．依据非线性Ｋａｒｍａｎ方程,运用位移型摄动技术研究了单向轴压四边简支层合剪切方板和矩形板的屈曲和后屈曲性态．给出了针对几种特殊情况的典型算例,并与其他理论结果和数值解作了比较．分析显示Ｋａｒｍａｎ型一阶剪切板理论具有较高的精度．     

大气压下介质阻挡放电等离子体诱导起始涡的实验研究

对介质阻挡放电等离子体激励器进行了参数化分析,考察了诱导速度和功率随信号波形、激励电压、信号频率、电极间距等参数变化的规律,同时采用流场显示方法和PIV技术研究等离子体在静止流场中诱导的涡系结构生长和演化过程.结果表明,等离子体通过诱导产生的起始涡存在3种主要的涡系结构,即裸露电极下游的主涡、裸露电极上游的反向涡以及主涡侧下方的二次诱导涡.进一步分析了主涡和反向涡的产生和发展过程,通过和激励器放电电流波形及放电图像的对比分析,揭示了起始涡的产生机理,同时也证实了介质阻挡放电等离子体产生诱导气流机理的正确性.     

细长体绕流tertiary涡的形成与非对称过程

为探讨现代飞行器非对称流动中主涡的形成机理,利用染色线显示和荧光诱导激光片光技术,在北京航空航天大学1.2m水洞对细长体绕流过程进行了实验研究。结果表明,亚临界Re和大迎角零侧滑绕流时,细长体流场呈现复杂的非对称多涡流动现象。随着主涡的生成和发展,在模型背风侧再分离区诱导出一些次生结构,tertiary涡就是其中一种。沿着轴向,主涡发展成熟并依次脱落形成脱体涡,从主涡脱落点也依次产生新生主涡。其中,第1个新生涡由tertiary涡发展而来,而第2个和第3个新生涡则主要由分离剪切层卷绕生成。该文提出了tertiary涡演化为新生主涡的观点。     

冯卡曼天线罩对天线特性影响的严格建模分析

利用等效原理、表面积分方程并结合矩量法(MoM),分别对带有冯卡曼天线罩的对称半波振子和八木天线进行了严格建模分析.对数值积分过程中的奇异性用加减奇异项的方法进行了细致处理.通过数值仿真,分析了冯卡曼天线罩对半波振子和八木天线电参数的影响,其结果具有工程参考价值.