基于FEM-SBFEM的坝-库水动力耦合简化分析方法

在坝-库水动力流固耦合分析中,比例边界有限元方法(SBFEM)仅需对流固交界面进行离散,就可以模拟半无限域库水,节省了节点自由度个数,具有较高效率。但采用数值方法处理动水压力时得到的附加质量阵为满阵,进行大规模的面板坝弹塑性动力分析时用于求解方程的时间较多。该文根据动水压力附加质量阵的物理意义与分布特点,提出了一种基于FEM-SBFEM的坝与库水的动力耦合简化计算方法,仅需提供一个保留系数β(0≤β≤1.0)即可实现不同程度的动水压力附加质量阵化简,简单易行;将其应用在面板坝与库水的动力弹塑性耦合计算中,建议了β的取值范围,在保证具有良好精度的前提下大幅提高了计算效率。

基于流固耦合的水轮机振动分析

在流固耦合的基础上采用附加质量阵的方法对某一混流式转轮进行了振动分析,得出了叶片和转轮在空气和水中的振型和频率,并比较了流量和离心力对转轮模态的影响。对于小型转轮,离心力和小流量工况对转轮的震动影响较大,随着离心力的增加,转轮振动的频率有了明显提高,某些阶次接近转轮在空气中的固有频率。低频振动对水轮机的稳定性破坏比较大,要尽量避免机组低频振动。