一种水泵水轮机顶盖流固耦合模态分析方法技术

本发明专利技术公开了一种水泵水轮机顶盖流固耦合模态分析方法，包括如下步骤：步骤1结构模态分析：进行水泵水轮机顶盖的结构模态分析，以获得结构的自然频率、振型和模态参数；步骤2流体模拟：进行顶盖周围流体流动的数值模拟；步骤3流固耦合分析：将结构模态分析和流体模拟结果进行耦合，进行流固耦合分析；步骤4结果分析和优化：根据流固耦合分析的结果，获得顶盖在不同工况下的振动响应、应力分布和动态特性信息：本发明专利技术具有高效性、准确性和实用性，对于水泵水轮机顶盖的设计和分析具有重要的应用价值。价值。价值。

【技术实现步骤摘要】
一种水泵水轮机顶盖流固耦合模态分析方法


[0001]本专利技术涉及水泵水轮机
，特别涉及一种水泵水轮机顶盖流固耦合模态分析方法。

技术介绍

[0002]水泵水轮机是20世纪30年代出现的新型抽水蓄能机组，与水轮机和水泵串联的蓄能机组相比，其重量大为减轻，造价降低，因而得到广泛应用。水泵水轮机主要分为混流式、斜流式和贯流式，适用水头/扬程的范围不同。混流式和斜流式水泵水轮机主要应用于大中型抽水蓄能电站，其中使用最为广泛的是混流式水泵水轮机。贯流式则多应用于潮汐电站。此外，在一些装有轴流泵的泵站，亦有利用轴流式水泵反转进行发电的，这种轴流式水泵水轮机应用并不广泛。水泵水轮机顶盖作为抽水蓄能机组重要的结构部件，在保障机组安全稳定运行方面起到至关重要的作用。但是现有对水泵水轮机顶盖的分析不够精确，无法帮助工程师了解顶盖的结构安全性、动态特性和流体影响。

技术实现思路

[0003]为了解决以上问题，本专利技术提供了一种水泵水轮机顶盖流固耦合模态分析方法。
[0004]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0005]一种水泵水轮机顶盖流固耦合模态分析方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1结构模态分析：进行水泵水轮机顶盖的结构模态分析，以获得结构的自然频率、振型和模态参数；
[0007]步骤2流体模拟：进行顶盖周围流体流动的数值模拟；
[0008]步骤3流固耦合分析：将结构模态分析和流体模拟结果进行耦合，进行流固耦合分析；
[0009]步骤4结果分析和优化：根据流固耦合分析的结果，获得顶盖在不同工况下的振动响应、应力分布和动态特性信息。
[0010]进一步的：所述步骤1包括：
[0011]确定几何模型：确定水泵水轮机顶盖的几何模型；
[0012]网格划分：将几何模型离散化为有限数量的单元；
[0013]材料属性：确定顶盖材料的力学性质；
[0014]边界条件：确定边界条件，在分析中施加在顶盖上的约束和加载；
[0015]单元刚度矩阵和质量矩阵的建立：根据每个单元的几何形状和材料性质，建立单元的刚度矩阵和质量矩阵；
[0016]求解特征值：通过求解结构的特征值问题，得到结构的自然频率、振型和模态参数，求解特征值和特征向量；
[0017]结果分析：分析模态分析的结果，获得顶盖的自然频率、振型和模态参数，通过观察振型获得结构的固有振动特性，自然频率则反映了结构在没有外界激励时的振动频率。
[0018]进一步的：所述步骤2包括：
[0019]建立流体域模型：建立顶盖周围的流体域模型；
[0020]网格划分：将流体域离散化为有限数量的单；
[0021]边界条件：设置流体模拟的边界条件；
[0022]流体模型选择和参数设定：根据水泵水轮机的类型和工作特点，选择流体模型进行模拟，同时设定相应的流体参数；
[0023]数值求解：通过在网格单元上离散化流体方程，采用数值求解方法求解流体模拟；
[0024]求解结果分析：根据流体模拟的结果，获得顶盖周围的流场分布、压力分布、速度分布信息。
[0025]进一步的：所述步骤3包括：
[0026]结构与流体耦合：将结构模态分析和流体模拟的结果进行耦合；
[0027]结构的流体质量作用：考虑流体质量对结构的作用；
[0028]结构的流体阻尼作用：考虑流体阻尼对结构的作用；
[0029]迭代求解：根据结构模态分析的结果、流体模拟的结果和结构与流体的耦合关系，进行迭代求解，以获得结构和流体的相互影响，迭代求解的过程中，通过更新边界条件或模型参数，反复计算结构和流体的响应，直到达到收敛条件；
[0030]结果分析：分析流固耦合分析的结果，包括结构的振动响应、流体的压力分布、流体与结构的相互作用。
[0031]进一步的：所述步骤4包括：
[0032]结果分析：根据流固耦合分析的结果，获取顶盖在不同工况下的振动响应、应力分布和动态特性信息；
[0033]安全性评估：基于结果分析，对顶盖的安全性进行评估；
[0034]优化设计：根据结果分析和安全性评估的结果，进行优化设计；
[0035]多次迭代：在进行优化设计时，进行多次迭代，每次迭代根据分析结果和优化目标，调整模型和参数，通过多次迭代，逐步优化顶盖的设计，使其满足设计要求和性能目标；
[0036]敏感性分析：进行敏感性分析，研究不同参数变化对系统响应的影响，调整结构参数、流体参数或边界条件，观察其对顶盖振动响应、应力分布的影响程度，通过敏感性分析，确定影响顶盖性能的关键参数，并为进一步的优化设计提供指导。
[0037]本专利技术与现有技术相比，所取得的技术进步在于：
[0038]综合考虑结构和流体的相互作用：通过耦合分析，本方法能够综合考虑结构和流体之间的相互作用，更准确地模拟实际工况下的顶盖响应。
[0039]安全性评估和优化设计：本方法能够评估顶盖的安全性，并提供优化设计的建议。通过分析结果和多次迭代的优化设计过程，可以逐步改善顶盖的结构强度和性能，提高顶盖的安全性和可靠性。
[0040]高效性和准确性：本方法利用数值模拟和分析技术，可以高效地进行流固耦合分析，快速获得顶盖的响应和特性。同时，通过准确的数值计算和模拟，能够提供可靠的结果，帮助工程师进行决策和优化设计。
[0041]综上，本方法能够综合考虑结构和流体的相互作用，评估顶盖的安全性并提供优化设计的建议。它具有高效性、准确性和实用性，对于水泵水轮机顶盖的设计和分析具有重
要的应用价值。
附图说明
[0042]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。
[0043]在附图中：
[0044]图1为本专利技术。
具体实施方式
[0045]下面这几个具体的实施例相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本专利技术的实施例进行描述。
[0046]如图1所示的，一种水泵水轮机顶盖流固耦合模态分析方法，包括如下步骤：
[0047]步骤1:结构模态分析
[0048]首先，进行水泵水轮机顶盖的结构模态分析，以获得结构的自然频率、振型和模态参数。这可以通过有限元方法进行，其中顶盖的几何模型会被离散化为有限数量的单元，并考虑材料的力学性质和边界条件。结构模态分析的结果将提供给后续的流固耦合分析。
[0049]步骤2:流体模拟
[0050]在这一步骤中，进行顶盖周围流体流动的数值模拟。使用计算流体力学(CFD)方法，建立包围顶盖和水轮机的流体域模型，并考虑进口和出口边界条件、工况参数(如流量、水头)等。根据实际情况选择合适的流体模型(混流式、斜流式或贯流式)进行模拟。
[0051]步骤3:流固耦合分析
[0052]将结构模态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水泵水轮机顶盖流固耦合模态分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1结构模态分析：进行水泵水轮机顶盖的结构模态分析，以获得结构的自然频率、振型和模态参数；步骤2流体模拟：进行顶盖周围流体流动的数值模拟；步骤3流固耦合分析：将结构模态分析和流体模拟结果进行耦合，进行流固耦合分析；步骤4结果分析和优化：根据流固耦合分析的结果，获得顶盖在不同工况下的振动响应、应力分布和动态特性信息。2.根据权利要求1所述的一种水泵水轮机顶盖流固耦合模态分析方法，其特征在于，所述步骤1包括：确定几何模型：确定水泵水轮机顶盖的几何模型；网格划分：将几何模型离散化为有限数量的单元；材料属性：确定顶盖材料的力学性质；边界条件：确定边界条件，在分析中施加在顶盖上的约束和加载；单元刚度矩阵和质量矩阵的建立：根据每个单元的几何形状和材料性质，建立单元的刚度矩阵和质量矩阵；求解特征值：通过求解结构的特征值问题，得到结构的自然频率、振型和模态参数，求解特征值和特征向量；结果分析：分析模态分析的结果，获得顶盖的自然频率、振型和模态参数，通过观察振型获得结构的固有振动特性，自然频率则反映了结构在没有外界激励时的振动频率。3.根据权利要求2所述的一种水泵水轮机顶盖流固耦合模态分析方法，其特征在于，所述步骤2包括：建立流体域模型：建立顶盖周围的流体域模型；网格划分：将流体域离散化为有限数量的单；边界条件：设置流体模拟的边界条件；流体模型选择和参数设定：根据水泵水轮机的类型和工作特点，选择流体模型进行模拟，同时设定相应的流体参数；数值求解：通过在网格单元上离散...

【专利技术属性】
技术研发人员：权强，张德浩，王彪，肖云峰，王研，王正伟，李政，赵浩，黄星星，毕慧丽，
申请(专利权)人：陕西镇安抽水蓄能有限公司，
类型：发明
国别省市：