多孔翼型流场的数值模拟研究

空化和空蚀是影响水力机械能否安全、经济运行的主要因素之一.为了研究新的翼型结构——多孔翼型对于水力机械的空化及空蚀现象的影响,利用PROE建立具有不同微孔数的翼型模型,再借助Fluent软件对多孔翼型的三维绕流流场进行了定常数值模拟计算.基于伯努利定律,对具有不同孔数的翼型绕流流场进行流态分析.根据模拟结果显示的不同翼型结构的速度场和压力场的分布特征,从能量转换的角度出发,揭示了多孔翼型绕流流场的内在特性,即绕流翼型的流场(速度场、压力场)是随着孔数而变化的.结合空化发生的条件,说明采用多孔翼型结构对改善水力机械内部空化现象是有一定的作用的,通过数值模拟方法来分析研究水力机械内部的空化空蚀现象,可以作为实验与理论分析的参考.从一个新的角度,为改善水力机械的空化和空蚀现象提供了新思路.     

水工混凝土S-N和P-S-N曲线特性研究

在已知混凝土静压强度分布的基础上使用S－N曲线模型推导出一种疲劳寿命满足的分布，并对水工混凝土做了大量的等幅抗压疲劳试验。通过分析发现，实验数据能较好地符合该分布，同时得出了该种混凝土的S－N曲线和P－S－N曲线。     

非一致性界面热流固耦合作用的整体求解

提出了非一致性界面热流固耦合作用整体求解的一种方法．热流体求解基于Boussinesq假设和不可压缩的Navier-Stokes方程．流体区域的运动采用任意Lagrange-Euler（ALE）方法．拟固体元方法实现流体区域的变形．使用几何非线性的热弹性动力学描述固体运动．为了保证界面处应力和传热的平衡,采用了基于Gauss积分点的数据交换方法,对热流固耦合最终形成的强非线性方程实现整体求解．数值实例分析表明该方法的健壮性和有效性．     

基于流固耦合方法的水轮机蜗壳结构振动及损伤机理研究

蜗壳流道内的内水压力是引起外围混凝土发生损伤的主要原因.基于流固耦合理论,并引入混凝土弹塑性损伤模型,建立了流体与蜗壳结构耦合振动分析的理论框架,提出了一套水轮机流道内水体流动诱发蜗壳外围混凝土振动损伤的数值计算方法.首先基于有限体积法建立水轮机蜗壳流道流动的数值模型,同时采用有限元方法建立蜗壳结构固体区域的三维有限元模型;进而将流体区域边界上动水压力作为外荷载实时传递给固体区域边界进行三维有限元非线性损伤瞬态分析,实现了大型水轮机蜗壳结构中流体流场到固体应力、位移场的单向耦合三维数值分析.通过计算分析得到了水体流动诱发蜗壳外围混凝土振动的响应规律以及混凝土损伤的发展规律.     

Fully coupled flow-induced vibration of structures under small deformation with GMRES method

Lagrangian-Eulerian formulations based on a generalized variational principle of fluid-solid coupling dynamics are established to describe flow-induced vibration of a structure under small deformation in an incompressible viscous fluid flow. The spatial discretization of the formulations is based on the multi-linear interpolating functions by using the finite element method for both the fluid and solid structures. The generalized trapezoidal rule is used to obtain apparently non-symmetric linear equations in an incremental form for the variables of the flow and vibration. The nonlinear convective term and time factors are contained in the non-symmetric coefficient matrix of the equations. The generalized minimum residual （GMRES） method is used to solve the incremental equations. A new stable algorithm of GMRES-Hughes-Newmark is developed to deal with the flow-induced vibration with dynamical fluid-structure interaction in complex geometries. Good agreement between the simulations and laboratory measurements of the pressure and blade vibration accelerations in a hydro turbine passage was obtained, indicating that the GiViRES-Hughes-Newmark algorithm presented in this paper is suitable for dealing with the flow-induced vibration of structures under small deformation.     

方腔双壁反向驱动流涡结构演化的数值模拟

采用微分求积法计算分析了不同雷诺数的二维方腔驱动流涡结构特性.数值模拟着重研究了雷诺数从0.01到1000变化对方腔双壁反向驱动流涡结构演化的影响,给出了涡演化过程的流型图和分叉图.结果表明,当雷诺数接近0时,腔内流动呈现对称的涡结构流型;随着雷诺数增加,子涡的大小和中心位置发生变化,鞍点始终位于方腔的中心,腔内流动形成非对称的斜扭流型;当雷诺数增大到某一临界值后,单一大涡占住整个方腔,大涡的形状变得更圆;如果雷诺数继续增加,方腔左上角和右下角同时出现二级涡,大涡中心始终位于方腔中心不变.     

水轮发电机哈密顿建模中参数的仿真分析

将水轮发电机控制器(自动电压调节器AVR和电力系统稳定器PSS)用电路等效,获得控制器的哈密顿函数,从而方便于建立包含水轮发电机和控制器的整体对象系统哈密顿模型.本文通过对以上整体对象系统的仿真分析,验证了控制器等效电路对低频振荡抑制作用的有效性,给出控制器等效电路中参数配合和取值范围与低频振荡的关系,为进一步研究水轮发电机组的机电联合控制提供基础.     

谱荷载下剩余强度衰减的混凝土疲劳寿命可靠性分析

在Ｓ－Ｎ曲线的基础上，建立了一个描述混凝土剩余强度衰减的模型，并利用该模型对在谱荷载作用下混凝土试件的疲劳寿命及其可靠性进行了分析，得到疲劳寿命基于三参数Ｗｅｉｂｕｌｌ分布的分布函数．通过试验验证了该方法得出的结果是可靠的，且计算简便，便于在工程中应用．     

基于GMRES算法的弹性结构强耦合小变形流激振动分析

使用混合广义变分原理,将基于Lagrange表述的小位移变形结构振动问题与基于Euler描述的不可压缩粘性流动问题,统一在功率平衡的框架下建立流固系统的耦合控制方程．用有限元格式做空间离散后,再用广义梯形法将有限元控制方程转化为增量型的线性方程组,该方程组的系数矩阵具有非对称性,其中元素含对流效应和时间因子．将GMRES算法与振动分析的Newmark法和流动分析的Hughes预测多修正法结合,发展成一种基于GMRES-Hughes-Newmark的稳定算法,用于计算具有复杂几何边界的强耦合流激振动问题．以混流式水轮机叶道为数值算例的计算表明,模拟结果与试验实测结果吻合较好．     

ANALYSIS OF NONLINEAR DYNAMIC STABILITY OF LIQUID-CONVEYING PIPES

Nonlinearly dynamic stability of flexible liquid-conveying pipe in fluid structure interaction was analyzed by using modal disassembling technique . The effects of Poisson . Junction and Friction couplings in the wave-flowing-vibration system on the pipe dynamic stability were included in the analytical model constituted by four nonlinear differential equations . An analyzing example of cantilevered pipe was done to illustrate the dynamic stability characteristics of the pipe in the full coupling mechanisms , and the phase curves related to the first four modal motions were drawn . The results show that the dynamic stable characteristics of the pipe are very complicated in the complete coupling mechanisms, and the kinds of the singularity points corresponding to the various modal motions are different.