[發明專利]旋轉離心葉輪水力阻尼比的定量預測方法

有效

• 申請號: 202010163619.X
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111428349B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 姚志峰;曾永順;劉婧;張世杰;王福軍;肖若富
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10;G06F113/08
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 麻雪梅

本發明涉及水力機械運行穩定性技術領域，公開了一種旋轉離心葉輪水力阻尼比的定量預測方法，包括：步驟S1，提取濕模態振型和對應的幅值；步驟S2，獲取濕模態振型的模態質量；步驟S3，將第N階濕模態振型導入，按照固有頻率做周期性振動，輸入旋轉速度進行單向流固耦合計算；步驟S4，將旋轉離心葉輪表面單位面積上的流體做功進行面積分，累加M個周期內所有時間的模態做功并取平均值以得到一個周期內的模態做功；步驟S5，根據第N階濕模態振型的固有頻率、濕模態振型的模態質量、幅值和一個周期內的模態做功，計算得到水力阻尼比。該旋轉離心葉輪水力阻尼比的定量預測方法具有在旋轉運動下，能夠定量預測旋轉離心葉輪的水力阻尼比的優點。

技術領域

本發明涉及水力機械運行穩定性技術領域，特別是涉及一種旋轉離心葉輪水力阻尼比的定量預測方法。

背景技術

離心葉輪在不同工況下運行時，可能受到外部激勵進而產生振動。增大水力阻尼能夠加快自由振動振幅衰減的速度，并在產生共振時抑制強迫振動的共幅值。在設計階段，為了對旋轉離心葉輪的穩定性進行評估，水力阻尼比是應力和振幅預測的重要參數

在離心泵的啟停機工況下，離心泵的圓周速度隨著離心葉輪的旋轉速度而發生改變。根據速度三角形，葉輪流道內相對流速發生改變。葉片表面邊界層和尾跡區速度分布特性隨轉速發生改變，這必然會影響到旋轉葉輪的受力特性，進而影響到水力阻尼比?？紤]離心葉輪的旋轉速度，對預測離心葉輪在不同工況下運行時的水力阻尼比具有重要的意義。

對于非旋轉結構，目前，基于單向流固耦合數值模擬能夠得到不同相對流速下的水力阻尼比。但是對于旋轉離心葉輪，由于旋轉產生的離心力和向心力對葉輪的振動響應有附加的影響，相對流速的數值模擬不足以描述旋轉離心葉輪的受力特性和振動特性。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明的目的是提供一種旋轉離心葉輪水力阻尼比的定量預測方法，以解決現有技術中的方法存在旋轉運動下，無法定量預測旋轉離心葉輪的水力阻尼比的技術問題。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供一種旋轉離心葉輪水力阻尼比的定量預測方法，包括：步驟S1，提取濕模態振型和對應的幅值；步驟S2，獲取所述濕模態振型的模態質量；步驟S3，將第N階所述濕模態振型導入，按照固有頻率做周期性振動，輸入旋轉速度進行單向流固耦合計算；步驟S4，將旋轉離心葉輪表面單位面積上的流體做功進行面積分，累加M個周期內所有時間的模態做功并取平均值以得到一個周期內的模態做功；步驟S5，根據第N階所述濕模態振型的固有頻率、所述濕模態振型的模態質量、所述幅值和一個周期內的所述模態做功，計算得到水力阻尼比。

其中，所述步驟S1包括：基于數值模擬計算得到旋轉離心葉輪的干模態振型、濕模態振型和兩者對應的固有頻率，找到第N階所述干模態振型和所述濕模態振型對應的干模態和濕模態，將第N階的所述濕模態振型導出，按位移大小排序，提取絕對值最大的位移。

其中，所述步驟S2包括：將第N階所述干模態振型進行歸一化，根據所述干模態振型儲存的動能計算得到第N階所述干模態的模態質量，再根據第N階所述干模態和所述濕模態的固有頻率，計算得到第N階所述濕模態的所述模態質量。

其中，在所述步驟S1中，所述提取濕模態振型和對應的幅值包括：將三維旋轉離心葉輪的網格單元的網格節點坐標和對應的3個方向的位移共同導出，將3個方向的位移進行排序，提取絕對值最大的位移。

其中，在所述步驟S2中，將第N階所述干模態振型進行無量綱化，累加旋轉離心葉輪中的每個網格單元儲存的動能以獲得總動能，基于所述總動能和固有頻率得到所述干模態振型的模態質量。

其中，在所述步驟S3中，流固耦合交界面運動主動控制的方法，能夠定量的輸入繞旋轉離心葉輪的水體域的旋轉速度。