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非对称尾部形状水翼水力阻尼识别方法研究

水利学报 2019年第7期50卷 864-873页

作者：曾永顺姚志峰杨正军王福军中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 北京市供水管网系统安全与节能工程技术研究中心北京100083 中交天津航道局有限公司天津300461 天津市疏浚工程技术企业重点实验室天津300461

水力阻尼是影响流激振动幅值预测精度的关键参数,是水力机械流激振动领域研究的热点问题。非对称尾部形状水翼在涡激振动和升力的联合作用下,振动响应的平衡位置具有时变特性,采用传统自由振动衰减法获得的水力阻尼比误差大幅度增加,甚... 详细信息

水力阻尼是影响流激振动幅值预测精度的关键参数,是水力机械流激振动领域研究的热点问题。非对称尾部形状水翼在涡激振动和升力的联合作用下,振动响应的平衡位置具有时变特性,采用传统自由振动衰减法获得的水力阻尼比误差大幅度增加,甚至失效。为了克服传统自由振动衰减法应用局限,本文借助双向流固耦合数值模拟方法获得流激振动响应位移,通过带通滤波结合平衡位置校准,研究了动水环境中对称和非对称尾部形状水翼水力阻尼的识别方法。结果表明,数值模拟可较准确获取低阶结构模态和尾部旋涡脱落频率,相比实验结果,低阶弯曲模态频率、低阶扭曲模态频率和15 m/s流速下脱落涡频率最大偏差分别为7.58%、2.90%和1.42%;带通滤波可消除周期性涡激振动对响应信号的影响,水力阻尼比识别偏差度从7.51%下降到1.92%;平衡位置校准方法可采用多项式拟合法、线性插值法和光滑样条曲线法,所对应的水力阻尼比识别偏差度分别为34.93%、3.53%和0.16%。工程上,可优先推荐滤波结合线性插值法,在需要高精度水力阻尼比的场合,则必须采用滤波结合光滑样条曲线法。

关键词：非对称尾部形状水翼水力阻尼比识别方法

基于单/双向流固耦合的水翼水力阻尼数值预测方法研究

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水利学报 2020年第11期51卷 1432-1439页

作者：曾永顺姚志峰洪益平王福军中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 北京市供水管网系统安全与节能工程技术研究中心北京100083

为评估水力机械外部瞬态载荷作用下的动力响应幅值,必须考虑流固耦合产生的水力阻尼效应。如何准确预测水下结构水力阻尼参数是设计阶段评价水力机械运行稳定性的难点问题。借助分离式单/双向流固耦合数值模拟方法,针对工程中常用的NACA... 详细信息

为评估水力机械外部瞬态载荷作用下的动力响应幅值,必须考虑流固耦合产生的水力阻尼效应。如何准确预测水下结构水力阻尼参数是设计阶段评价水力机械运行稳定性的难点问题。借助分离式单/双向流固耦合数值模拟方法,针对工程中常用的NACA0009翼型,开展了水翼在5~20 m/s流速下的振动特性和水力阻尼比数值预测方法研究。分析结果表明:第1阶弯曲模态振型在静水中与20 m/s流速下相一致,且低阶模态水翼固有频率随流速变化在3.95%以内,据此,单向流固耦合中将静水中振型及固有频率作为动水水翼的初始条件的假设是可行的。基于单向流固耦合方法所预测的水力阻尼比与实验值的平均相对偏差为11.42%。双向流固耦合则不需要该假设,能更加准确地预测低阶模态固有频率、水翼尾部脱落涡频率和水力阻尼比,相对实验值的平均偏差分别为4.36%、4.24%和4.95%。单/双向流固耦合数值方法都能预测水力阻尼比随流速线性增加的规律。本文算例中,相同计算资源条件下双向流固耦合所需计算时间是单向计算的15倍。在实际工程应用中,推荐优先采用单向流固耦合方法。

关键词：单向耦合双向耦合水翼水力阻尼比识别方法

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水中旋转圆盘振动阻尼测量与模拟

北京理工大学学报 2024年第4期44卷 377-385页

作者：姚志峰刘宝熙曾永顺白绵绵王福军中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 清华大学能源与动力工程系北京100084 陕西省水利电力勘测设计研究院陕西西安710001 北京市供水管网系统安全与节能工程技术研究中心北京100083

为了研究模态做功法在计算旋转式机械水力阻尼时的适用性和准确性,利用旋转圆盘阻尼测量系统的实验数据对该方法做了评估.研究表明,圆盘的水力阻尼值随转速的增加呈现下降的趋势;利用模态做功法计算水力阻尼值时必须考虑旋转效应带来的... 详细信息

为了研究模态做功法在计算旋转式机械水力阻尼时的适用性和准确性,利用旋转圆盘阻尼测量系统的实验数据对该方法做了评估.研究表明,圆盘的水力阻尼值随转速的增加呈现下降的趋势;利用模态做功法计算水力阻尼值时必须考虑旋转效应带来的影响,如果直接使用静止条件下的模态结果,水力阻尼随转速的变化规律将完全和实验结果相反;在考虑旋转的条件下,计算精度有所提高,但整体呈现过预测的问题,该方法对旋转结构阻尼特性的预测精度还有待提高.

关键词：圆盘旋转振动模态做功水力阻尼

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基于嵌套网格的对称水翼流致振动数值模拟

北京理工大学学报 2023年第9期43卷 885-894页

作者：姚志峰邹圣可曾永顺刘宝熙张佳云中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 北京市供水管网系统安全与节能工程技术研究中心北京100083 清华大学能源与动力工程系北京100084

在锁频工况下,水力机械叶片/导叶涡激振动幅值急剧增强,可达到非锁频工况时幅值百倍量级.以对称水翼为研究对象,基于嵌套网格的分离式双向流固耦合计算策略,开展了锁频和非锁频工况下流致振动的数值模拟.结果表明,锁频工况,水翼呈扭转振... 详细信息

在锁频工况下,水力机械叶片/导叶涡激振动幅值急剧增强,可达到非锁频工况时幅值百倍量级.以对称水翼为研究对象,基于嵌套网格的分离式双向流固耦合计算策略,开展了锁频和非锁频工况下流致振动的数值模拟.结果表明,锁频工况,水翼呈扭转振型,尾迹区涡脱落展向呈同相位平行脱落;非锁频工况,水翼以拍频形式振动.预测得到的锁频与非锁频区水翼振动振幅的相对差异与实验情况基本一致,可为大变形工况下的振动特性评估提供指导.

关键词：涡激振动嵌套网格水翼锁频振幅

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淹没深度对离心式叶轮模态参数的影响

北京理工大学学报 2021年第10期41卷 1043-1049页

作者：曾永顺刘妍琦邓柳泓刘岚林姚志峰肖若富中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 北京市供水管网系统安全与节能工程技术研究中心北京100083

离心式叶轮结构振动及其幅值受周围水体附加质量和阻尼的影响.为了明确不同淹没深度对离心式叶轮动力响应特性的影响,开展了数值计算和实验研究.基于声固耦合方法,开展了空气和不同淹没深度条件下叶轮的模态分析;通过锤击法获得了在空... 详细信息

离心式叶轮结构振动及其幅值受周围水体附加质量和阻尼的影响.为了明确不同淹没深度对离心式叶轮动力响应特性的影响,开展了数值计算和实验研究.基于声固耦合方法,开展了空气和不同淹没深度条件下叶轮的模态分析;通过锤击法获得了在空气和不同淹没深度条件下的叶轮结构响应参数,并评价了固有频率的数值预测精度;根据数值计算和实验结果,构建了结构振型、附加质量参数和阻尼参数随淹没深度的变化规律.结果表明:随着淹没深度增大,结构振型未发生改变;但叶轮附加质量系数和阻尼比都呈线性增长趋势;完全淹没时,水体附加质量及阻尼比分别为空气中的0.39倍和1.76倍.

关键词：离心叶轮淹没深度声固耦合附加质量阻尼比

叶轮与导叶匹配关系对立式离心泵水力特性影响的实验研究

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水利学报 2022年第2期53卷 212-219页

作者：曾永顺张世杰陶然姚志峰肖若富刘伟超中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 北京市供水管网系统安全与节能工程技术研究中心北京100083 东方电机有限公司四川德阳618000

大型含导叶立式离心泵广泛应用于高扬程远距离调水,旋转叶轮与静止导叶动静干涉引起的无叶区内高幅值压力脉动是影响其稳定运行的关键因素。为研究叶轮与导叶匹配关系对水泵水力特性的影响,对3台模型泵开展能量特性与压力脉动同台对比实... 详细信息

大型含导叶立式离心泵广泛应用于高扬程远距离调水,旋转叶轮与静止导叶动静干涉引起的无叶区内高幅值压力脉动是影响其稳定运行的关键因素。为研究叶轮与导叶匹配关系对水泵水力特性的影响,对3台模型泵开展能量特性与压力脉动同台对比实验,分别监测了进水流道、无叶区和压水室的压力脉动信号,并进行时域和频域分析。结果表明:泵运行流量越靠近设计流量,压力脉动峰峰值越小,且设计流量下无叶区的压力脉动峰峰值分别是进水流道和压水室相应值的3.7和1.9倍;叶片型线改变导致出口安放角增大后,最优工况向大流量偏移,高效区拓宽,但无叶区内压力脉动幅值增大;导叶进口安放角减小后,最优工况向小流量偏移,高效区也得到拓宽,且无叶区内压力脉动幅值显著下降;改善叶轮出口和导叶进口的匹配关系可提高水泵能量特性,但压力脉动仅在导叶进口安放角减小时降低。本研究可为含导叶立式离心泵水力设计提供指导。

关键词：立式离心泵叶片导叶进口安放角压力脉动

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空化对振动水翼附加质量和阻尼特性影响研究

水利学报 2023年第9期54卷 1133-1140页

作者：曾永顺齐鑫姚志峰王福军中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 北京航天石化技术装备工程有限公司北京100176 北京市供水管网系统安全与节能工程技术研究中心北京100083

抽水蓄能机组需频繁调节工况以适应电网需求。由此水力激振频率范围加宽,共振风险增加。附加质量和阻尼特性是评估共振工况点和共振幅值的关键参数。在空化发生时,叶片绕流流体从液相变成汽相,其复杂的流固耦合效应对叶片附加质量和阻... 详细信息

抽水蓄能机组需频繁调节工况以适应电网需求。由此水力激振频率范围加宽,共振风险增加。附加质量和阻尼特性是评估共振工况点和共振幅值的关键参数。在空化发生时,叶片绕流流体从液相变成汽相,其复杂的流固耦合效应对叶片附加质量和阻尼特性产生影响。本文将叶片简化为NACA 0009水翼,探索了空化发生时基于双向流固耦合的附加质量和水力阻尼特性预测方法。结果表明,模拟得到的静水中固有频率和不同空化数下的空化脱落频率与实验结果吻合良好,相对误差分别在7.12%和8.76%以内。在空化数σ=1.04~2.02范围内,固有频率和水力阻尼随空化数的降低分别增大和减小,相对于实验的平均误差分别为9.69%和13.65%。内部流动分析表明反向射流导致前缘空化周期性脱落,吸力面的绕流速度下降则是空化发生后水力阻尼下降的主要原因。研究成果对抽水蓄能机组设计阶段预判空化时的叶片振动评估具有重要指导意义。

关键词：水翼空化双向流固耦合固有频率水力阻尼

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振动水翼低阶振型的阻尼特性试验研究

机械工程学报 2022年第5期58卷 108-118页

作者：曾永顺齐鑫姚志峰王静竹王一伟王福军中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 北京市供水管网系统安全与节能工程技术研究中心北京100083 中国科学院力学研究所流固耦合系统力学重点实验室北京100190

水力机械过流部件与环境流体相互作用产生的附加质量和阻尼效应,对其动力响应特性有显著影响。本研究重点测量了空气和水中振动水翼前四阶振型的阻尼特性参数。通过在水翼前缘嵌入一个压电片施加激励,采用激光测振仪和水翼尾缘的压电片... 详细信息

水力机械过流部件与环境流体相互作用产生的附加质量和阻尼效应,对其动力响应特性有显著影响。本研究重点测量了空气和水中振动水翼前四阶振型的阻尼特性参数。通过在水翼前缘嵌入一个压电片施加激励,采用激光测振仪和水翼尾缘的压电片同时获取振动响应信号并相互校准,构建了叶片式结构模态参数测试系统。将压电片信号作为基准信号,同步激光测振仪的多点响应信号,提出了一种单振型测量方法。重点分析了对数衰减法、希尔伯特变换法、共振放大法、半功率带宽法和圆圈拟合法五种常用的阻尼比识别方法。结果表明:五种阻尼比识别方法的精度和不确定度在同一量级,综合比较后认为,对于自由振动响应信号推荐采用对数衰减法,强迫振动响应信号则推荐采用半功率带宽法;空气和水中在同一振型条件下,水翼不同位置点的阻尼比基本保持不变,最大偏差为5.8%;相比空气环境,水中水翼各阶固有频率下降率在6.49%~26.73%之间,各阶模态对应的振型未见明显差异;水中振动水翼阻尼比变化趋势依赖于具体振型,其中,1阶弯曲、1阶扭转和1阶弯扭振型对应的阻尼比分别增大13.09%、8.61%和14.34%,但2阶弯曲振型对应的阻尼比则减小16.25%。

关键词：水力机械水翼阻尼识别方法阻尼比振型

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盘活闲钱,中小企业路咋走？ 006