動水中阻尼的測量.pdf

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1、50動水中阻尼的測量2014．N動水中阻尼的測量(加拿大)ACoutu等『摘要1流固耦合(FSI)，以質(zhì)量載荷和阻尼的形式控制水輪機(比如混流式水輪機)的動態(tài)響應。水的附加質(zhì)量和阻尼均是影響水輪機動態(tài)響應的重要因素。流體附加質(zhì)量的影響已經(jīng)得到了很好的證明，但流體阻尼作為服役期內(nèi)限制振動幅值的重要因素，有益于避免水輪機可能的破壞，在研究中沒有得到足夠的重視。本文通過試驗的形式研究了由于流固耦合引起的阻尼。我們設計了一種動態(tài)特性類似混流式水輪機葉片的試驗裝置，對該裝置以及試驗規(guī)程和得到的數(shù)據(jù)樣本進行了討論。本文

2、在結(jié)論中給出了所計算的阻尼值，并針對水輪機葉片對流固耦合的響應，t挖了觀察到的阻尼特性對它的影響。l引言時，由流固耦合引起的阻尼就成為唯一最重要的影響振動幅值的因子。參考文獻【2，3】提到的轉(zhuǎn)輪破壞就是水輪機是設計出的最耐用且可靠的機械之一?。歷由于結(jié)構共振引起的。經(jīng)50多年以后仍能可靠地產(chǎn)生能量的水輪機組并不鮮見。當今新設計的產(chǎn)品比前人作了很多優(yōu)化，效率常超過95％。隨著科技的進步和機器性能的提高，以前不關心的由流固耦合(FSI)引起的動態(tài)現(xiàn)象，在新的53525150高性能機組中也引起了人們的注意。要設計

3、出像以前一樣可靠的設備，就要理解和控制流固耦合現(xiàn)象。流固耦合引起的一個重要后果就是近來在高水頭混流式水輪機中觀察到的由導水機構和轉(zhuǎn)輪葉片之間的動靜干涉引起的葉片破壞【2】。由動靜干涉引起的高圖1單自由度系統(tǒng)頻振動每天的振動次數(shù)達10。當轉(zhuǎn)輪葉片的動應力足夠高時，就能很快造成葉片破壞。不同阻尼時單自由度系統(tǒng)的幅值放大因數(shù)水力激勵、水的附加質(zhì)量和阻尼都是計算由流固耦合引起的水輪機結(jié)構部件動態(tài)響應的重要因素?，F(xiàn)在可以利用計算流體動力學(CFD)軟件來計算水力激勵【4J。流體的附加質(zhì)量的影響也很容易得到說明J，但強

4、是流體阻尼，這一在水輪機運行時能明顯限制振動幅斗<餐值的因素卻沒有得到多少關注。本篇文章對由流固耦合引起的阻尼進行了實驗研究，并得到了一些結(jié)論。2背景O．O0．51．o1．52．02．53．o激勵頻率，固有頻率對一個如圖1所示的單自由度系統(tǒng)，可以用公式(1)表示為：圖2臨近共振點時的放大因數(shù)++kx=F(t1(1)盡管不能改變流體水引起的阻尼，但是當要計算假設這個單自由度系統(tǒng)是一個受到流固耦合激勵一個結(jié)構在簡諧力作用下的應力幅值，進而評估結(jié)構的水輪機葉片，f)可以認為是由CFD計算得到的簡諧激勵力函數(shù)【4J

5、，m是考慮了水的附加質(zhì)量后的校正質(zhì)的疲勞壽命時，它仍是一個需要知道的量。在評估由量J，k是結(jié)構的剛度。阻尼用c表示，如圖2所示，于流固耦合引起的阻尼對水輪機葉片的影響方面所進它控制著放大因數(shù)，當激勵的頻率達到結(jié)構的固有頻行的研究很少，。本文試驗研究的重點是測量實際流率時其影響更大。由于整個結(jié)構的阻尼很小，在共振動情況下流固耦合所引起的平板的阻尼特性。