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大型混流式机组水电站厂房结构水力激振研究

作　者: 朱卫国
导　师: 张仲卿
学　校: 广西大学
专　业: 水工结构
关键词: 大型混流式机组三峡水电站厂房结构振动水力激振湍流模拟动力响应分析
分类号: TV312
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 102次
引　用: 3次
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内容摘要

目前，水轮发电机组的容量和尺寸日趋增大，普遍出现在某些工作区域内机组振动过大的现象。这种振动不仅影响机组的自身稳定，也引发厂房建筑物强烈振动，其中最为突出的是大型混流式机组厂房的水力共振。本文初步探讨了水力脉动引起机组乃至厂房结构振动可能性。并以三峡水电站厂房结构振动为例，采用非定常湍流数值模型分析的大涡模拟方法进行了混流式机组的水力振源模拟，并采用频谱分析方法分析振源的频谱特性；分析了厂房结构的自振特性和水力激振载荷作用下的动力响应(谐响应)分析；通过对以上结果的综合考虑得出水电站厂房结构在水力激振载荷作用下的最不利频率段和空间位置。此文的研究成果，可应用于与三峡机组类型相同的水电站厂房。文中各章节内容如下：第一章介绍了厂房振动问题的研究现状和本文研究的主要内容。第二章介绍了湍流模拟仿真原理，通过不同模拟方法在求解精度、求解消耗和对求解目的适用性等方面的比较，并通过弯管算例论证：大涡模拟(LES)方法是目前计算湍流场中脉动信息的最好方法。第三章对三峡水电站尾水管进行了三维非定常湍流模拟，并对脉动压力进行频谱分析，得出脉动压力的频率成分和相应的幅值。第四章对三峡水电站厂房结构进行了精确模态分析，利用尾水管室湍流场模拟的成果分别进行了竖向激振载荷、横向激振载荷作用时在16Hz～40Hz频率段的谐响应分析。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-9
第一章绪论  9-20
  第一节课题的提出  9-13
    1.1 水电站厂房  9-10
    1.2 大型混流机组厂房的振动问题  10-11
    1.3 水电站厂房结构振动振源  11-13
    1.4 课题的提出  13
  第二节研究现状  13-16
    2.1 尾水管湍流场数值模拟概况  13-15
    2.2 厂房结构振动研究概况  15-16
      2.2.1 厂房结构的自振特性  15-16
      2.2.2 厂房结构的动力响应分析  16
      2.2.3 三峡电站已有研究成果  16
  第三节研究任务及研究方法  16-17
    3.1 主要研究任务  16-17
    3.2 主要研究方法  17
      3.2.1 理论方法  17
      3.2.2 软件实现  17
  参考文献  17-20
第二章湍流模拟仿真原理  20-36
  第一节湍流理论  20-23
    1.1 湍流服从N-S方程  20-21
    1.2 湍流的半经验理论和模式理论  21-23
  第二节计算流体力学的离散方法  23-26
    2.1 有限差分方法  23-24
    2.2 有限元方法  24-25
    2.3 有限体积法  25-26
  第三节湍流数值模拟的方法  26-34
    3.1 湍流的直接数值模拟(DNS)  27-28
    3.2 湍流的雷诺平均数值模拟(RANS)  28-32
    3.3 湍流的大涡数值模拟(LES)  32-34
  第四节算例  34-35
  第五节小结  35
  参考文献  35-36
第三章三峡尾水管室湍流场的仿真模拟  36-56
  第一节尾水管湍流场及其压力脉动基本理论  36-40
    1.1 尾水管涡带的形成及其特点  36-37
    1.2 涡带所引起的压力脉动  37-38
    1.3 尾水管水流低频脉动特性  38-40
      1.3.1 尾水管水流低频压力脉动  38-39
      1.3.2 尾水管中水流低频压力脉动幅值  39-40
  第二节三峡水电站尾水管室湍流场分析  40-53
    2.1 工程概况  40-41
    2.2 数值模型及网格划分  41-42
      2.2.1 网格划分  41
      2.2.2 周期运动进口速度模型  41-42
      2.2.3 初始及边界条件  42
    2.3 计算结果处理与分析  42-49
    2.4 脉动压力的频谱特性  49-52
      2.4.1 傅里叶变换基础知识  49-50
      2.4.2 频谱分析  50-52
    2.5 尾水管受到的脉动推力分析  52-53
  第三节小结  53-54
  参考文献  54-56
第四章三峡水电站厂房结构振动数值计算研究  56-79
  第一节结构动力分析的基本理论  56-59
    1.1 基本理论  56
    1.2 质量矩阵与阻尼矩阵  56-58
    1.3 计算方法  58-59
  第二节三峡厂房结构数值模型与模态分析  59-66
    2.1 厂房概况  59-61
    2.2 数值模型的离散及相关参数  61
    2.3 模态分析  61-66
  第三节厂房结构的谐响应分析  66-76
    3.1 谐响应分析的复数算式  66
    3.2 谐响应成果分析  66-76
      3.2.1 竖直载荷作用下的谐响应分析  66-71
        一、垂直位移响应  67-69
        二、水平位移响应  69-71
        三、应力响应  71
      3.2.2 横向载荷作用下的谐响应分析  71-76
    3.3 本节小结  76
  第四节小结  76-77
  参考文献  77-79
第五章总结与展望  79-81
  一、研究总结  79-80
  二、研究展望  80-81
致谢  81

大型混流式机组水电站厂房结构水力激振研究

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