[发明专利]轴流泵叶片水力阻尼的预测方法及系统

权利要求书

1.一种轴流泵叶片水力阻尼的预测方法，其特征在于，包括：

S1，对轴流泵叶片及叶轮流道分别进行三维结构场建模和三维流场建模，分别对得到的结构场模型和流场模型进行网格划分，并确定结构场计算网格和流场计算网格；

S2，基于所述结构场计算网格和所述流场计算网格，对所述轴流泵叶片进行模态分析，确定静水中所述轴流泵叶片的振型和第一阶模态固有频率；

S3，基于所述振型和静水中所述轴流泵叶片的第一阶模态固有频率，对所述轴流泵叶片进行双向流固耦合数值计算，并确定动水中所述轴流泵叶片的结构振动响应；

S4，对所述结构振动响应进行滤波处理，以得到动水中所述轴流泵叶片的第一阶模态固有频率，并基于所述结构振动响应的峰值和动水中所述轴流泵叶片的第一阶模态固有频率，确定所述轴流泵叶片的水力阻尼比。

2.根据权利要求1所述的轴流泵叶片水力阻尼的预测方法，其特征在于，所述S1中分别对得到的结构场模型和流场模型进行网格划分后，分别得到多套结构场网格以及多套流场网格；

相应地，所述确定结构场计算网格和流场计算网格，具体包括：

通过基于网格收敛指数GCI的理查森外推法对多套流场网格进行筛选，以所述轴流泵叶片的尾部旋涡脱落频率作为关键参数，分别在不同流速下对多套流场网格进行非定常流场计算，根据每套流场网格对应的网格收敛性指数、收敛精度以及误差棒，从多套流场网格中筛选出所述流场计算网格；

将水等效为声流体，采用直接耦合求解中的声流体方法，在静水中对所述轴流泵叶片进行模态分析，对多套结构场网格进行筛选，以空气中所述轴流泵叶片的第一阶模态固有频率作为关键参数，从多套结构场网格中筛选出所述结构场计算网格。

3.根据权利要求1所述的轴流泵叶片水力阻尼的预测方法，其特征在于，所述S2具体包括：

选取预设结构场模型和预设声流场模型分别模拟所述结构场模型和所述流场模型，并基于所述结构场计算网格和所述流场计算网格，在ANSYS APDL中对静水中所述轴流泵叶片进行模态分析；

基于声流体求解方法直接耦合求解得到静水中所述轴流泵叶片的振型和第一阶模态固有频率。

4.根据权利要求1所述的轴流泵叶片水力阻尼的预测方法，其特征在于，所述S3之前还包括：

基于静水中所述轴流泵叶片的振型和第一阶模态固有频率，确定预设激励形式，以所述预设激励形式激励所述轴流泵叶片的第一阶弯曲模态；所述预设激励形式包括激励力的预设作用时长和激励时间步长；

基于预设边界条件，对所述流场模型进行定常流场计算，并以定常流场计算的结果作为初始条件、基于所述预设作用时长和所述激励时间步长进行所述流场模型的非定常流场计算，直至所述轴流泵叶片尾部受到的压力周期性变化。

5.根据权利要求4所述的轴流泵叶片水力阻尼的预测方法，其特征在于，所述S3具体包括：

基于所述预设作用时长、所述激励时间步长和预设数值阻尼，对所述结构场模型进行瞬态动力学分析，得到所述结构场模型的网格变形形式，并将非定常流场计算的结果作为初始文件对所述流场模型进行数值计算；

通过所述结构场模型和所述流场模型之间的流固耦合面将所述结构场模型的网格变形形式以及所述流场模型的数值计算结果进行双向传递，获取所述流场模型的动网格变形结果；

根据所述动网格变形结果确定动水中所述轴流泵叶片的结构振动响应。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的轴流泵叶片水力阻尼的预测方法，其特征在于，所述S4中对所述结构振动响应进行滤波处理，以得到动水中所述轴流泵叶片的第一阶模态固有频率，具体包括：

将所述结构振动响应的时域结果进行快速傅里叶变换，确定所述结构振动响应的频域结果；

基于滤波函数，滤除所述结构振动响应的频域结果中的旋涡脱落频率，得到动水中所述轴流泵叶片的第一阶模态固有频率。