基于流固耦合计算的混流式转轮裂纹原因分析

为研究水轮机叶片产生裂纹的机理，本文进行了某混流式转轮的瞬态流固耦合计算。采用Newmark算法求解三维不稳定Reynolds平均N-S方程，并采用k-ε模型实现方程的封闭，对转轮在部分负荷下进行了包括导叶、转轮、尾水管在内的三维不稳定流动计算。结果表明在同一工况下叶片背面的压力脉动幅值一般大于叶片正面的值；最大静应力远小于叶片的极限破坏应力；计算点的动应力幅值比较大而且分布不均匀，最大动应力可达48MPa。叶片动应力较高区域与实际叶片出现裂纹的区域基本吻合，表明动应力值过大是叶片产生裂纹的水力原因之一。