【摘 要】
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近几年,潮流能水轮机已经成为世界各国的研究热点。目前,许多数值模拟和试验工作都是围绕水轮机的水动力特性、尾流场、发电效率等进行的。但是,研究垂直轴水轮机的结构动力
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近几年,潮流能水轮机已经成为世界各国的研究热点。目前,许多数值模拟和试验工作都是围绕水轮机的水动力特性、尾流场、发电效率等进行的。但是,研究垂直轴水轮机的结构动力响应同样至关重要,它对于水轮机的结构强度、材料可靠性、使用寿命等具有重要意义。因此,本文提出采用改进离散涡和几何精确梁理论混合方法对三叶片垂直轴水轮机进行结构动力响应分析。相比传统的有限元方法,几何精确梁分析方法具有求解速度快、建模简单、计算精确等优点。在模态分析中,计算了不同叶片高度下,水轮机叶片和整体的前五阶固有频率,分析了水轮机半径大小和叶片高度对固有频率的影响,结果显示:随着尺寸的增加,叶片和整体固有频率显著减小,整体固有频率更易受到半径大小的影响。在瞬态分析中,考虑了离心载荷和叶片的水动力载荷,得到在工作状况下,旋转一周过程中叶片的最大变形曲线;分析了不同H/R(叶片高度和半径的比率)的情况下的叶片强度问题,结果显示:当H/R大于3.0时,叶片强度将会失效,因此水轮机的H/R比值控制在不超过3.0。此外,本文采用独特的VABS截面分析方法还原了不同H/R情况下的二维截面应力分布,进一步研究关键性截面的应力特性。本文的研究成果丰富了水轮机结构动力响应分析方法,为科研工作者提供了新的研究思路和方法,具有一定的参考价值。
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