[发明专利]轴流泵叶片水力阻尼的预测方法及系统

说明书

本发明实施例提供了一种轴流泵叶片水力阻尼的预测方法及系统，方法包括：分别建立轴流泵叶片的结构场模型及叶轮流道的流场模型，并确定结构场计算网格和流场计算网格；对轴流泵叶片进行模态分析，确定静水中轴流泵叶片的振型和第一阶模态固有频率；对轴流泵叶片进行双向流固耦合数值计算，并确定动水中轴流泵叶片的结构振动响应；对结构振动响应进行滤波处理，得到动水中轴流泵叶片的第一阶模态固有频率，并确定轴流泵叶片的水力阻尼比。可以通过本发明实施例中提供的预测方法较为准确的预测出轴流泵叶片的水力阻尼比，进而确定水力阻尼，从而可以最大程度的防止水力机械疲劳破坏，提高水力机械运行的稳定性。

技术领域

本发明实施例涉及水力阻尼预测技术领域，更具体地，涉及轴流泵叶片水力阻尼的预测方法及系统。

背景技术

在水力机械运行过程中，普遍存在着不同程度的流激振动现象，容易导致疲劳破坏甚至产生裂痕，影响水力机械的安全稳定运行。阻尼效应是一种能量耗散现象，可抑制水力机械的结构振动幅值。阻尼一般包括水力阻尼、结构阻尼和材料阻尼。在高速湍流条件下，水力阻尼远大于其他阻尼，可以有效抑制水力机械的振动幅度并提高其运行稳定性。水力阻尼比是表征水力阻尼特性的关键参数，精确的预测水力阻尼比对于评估水力机械的疲劳寿命及其运行稳定性有着重要的作用。

水力机械中的轴流泵由于具有流量大、扬程低、结构简单、占地面积小等优点，在大面积农田灌溉和调水工程等领域中具有广泛的应用。目前已有许多学者针对水翼模型进行了水力阻尼特性进行试验研究，然而对于结构复杂且旋转的水力机械如轴流泵，难以通过实验的方法得到其水力阻尼比，也就无法对轴流泵进行水力阻尼特性的研究。

因此，现急需提供一种轴流泵叶片水力阻尼的预测方法及系统，以克服现有技术中难以通过实验的方法对轴流泵进行水力阻尼特性的研究的缺陷。

发明内容

为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供了一种轴流泵叶片水力阻尼的预测方法及系统。

一方面，本发明实施例提供了一种轴流泵叶片水力阻尼的预测方法，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。

另一方面，本发明实施例提供了一种轴流泵叶片水力阻尼的预测系统，包括：

建模模块，用于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；

模态分析模块，用于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；

结构振动响应确定模块，用于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；

水力阻尼比确定模块，用于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。