[发明专利]一种诱导轮低温流体空化流固耦合数值预测方法

权利要求书

1.一种诱导轮低温流体空化流固耦合数值预测方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一：建立诱导轮模型并划分网格；

应用叶轮机械建模软件建立诱导轮几何模型，将诱导轮导入网格划分软件中，以实现结构化网格划分；

步骤二：建立进出口管道模型并划分网格；

应用三维建模软件建立诱导轮进出口管道几何模型，并将几何模型导入网格划分软件进行网格划分；步骤一和步骤二所划分的网格共同组成计算流域；

步骤三：设定诱导轮边界条件；

步骤四：建立计算流体力学模型；

步骤五：建立考虑旋转修正的湍流模型；

步骤六：建立考虑低温介质热力学效应的空化模型；

步骤七：进行诱导轮流场空化定常初值计算；

不考虑诱导轮内流场随时间的变化及诱导轮的变形，通过计算流体动力学求解器ANSYS CFX进行诱导轮流场定常初值计算，得到诱导轮流场内各参数初始值；

步骤八：进行诱导轮空化非定常流固耦合数值计算；

步骤九：对步骤八所得诱导轮流固耦合数值计算结果进行后处理，提取不同时刻诱导轮的载荷特性以及叶片变形速率云图，得到空化对诱导轮结构变形作用随时间的变化关系，即实现对诱导轮低温空化流固耦合数值预测。

2.如权利要求1所述的一种诱导轮低温流体空化流固耦合数值预测方法，其特征在于：还包括步骤十，利用步骤一至步骤九所述的预测方法预测低温流体诱导轮空化流固耦合现象，应用于相应工程问题，不仅能够获得准确的诱导轮叶片载荷特性，更重要的是能够对流场作用下诱导轮的叶片变形情况进行评估，辅助实际进行诱导轮的设计与优化，节省实验成本和时间。

3.如权利要求1或2所述的一种诱导轮低温流体空化流固耦合数值预测方法，其特征在于：步骤三实现方法为，

在有限元结构求解器中，设置诱导轮结构域材料；在诱导轮转轴的轴承支撑位置施加圆柱约束以固定约束位置轴向及径向位移；将导水锥、诱导轮轮毂和诱导轮叶片设置为流固耦合交界面；

在计算流体动力学求解器中，设置进口为opening并给定总压，出口为质量流量出口，流域所有壁面为无滑移壁面，进口段-诱导轮与诱导轮-出口段交界面类型采用RotorStater界面。

4.如权利要求3所述的一种诱导轮低温流体空化流固耦合数值预测方法，其特征在于：步骤四实现方法为，

计算流体力学模型包括流场控制方程和结构场控制方程；

流场控制方程包括质量方程(1)和动量方程(2)：

式中，表示函数对相应的变量求偏导数，ρ为流体的密度，t为时间，u_i、u_j代表流体的速度分量，x_i、x_j代表流体的位置分量，p为流场入口处压强，μ_l和μ_t分别为流体的层流和紊流粘性系数；

结构场控制方程为：

式中，为节点加速度项，为节点速度项，q(t)为节点位移项，M为结构体的质量矩阵，C为结构体阻尼矩阵，K为结构体刚度矩阵，Q(t)为结构受到的载荷项。