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拦污栅振动的影响因素分析

时间:2026-01-23 理论教育 姚姚 版权反馈
【摘要】:拦污栅周围的流动属钝体绕流类,其流动特征是钝体后存在脱体漩涡,受脱体漩涡的影响,拦污栅表明的作用力发生周期性的变化,拦污栅也随之振动。当拦污栅表明作用力的周期与拦污栅的固有频率一致或接近时,引起拦污栅共振,从而导致拦污栅的破坏。因此,防止拦污栅振动破坏的关键是改善栅叶的振动响应特性。影响拦污栅绕流特性的主要因素有栅叶的剖面形状、栅叶的长宽比和栅叶的间距及来流条件等。

实际工程中,拦污栅破坏的实例时有发生,尤其是以抽水蓄能电站拦污栅破坏的几率更高。拦污栅流激振动的振源可以分为三类:①栅叶后面的脱落涡,即卡门涡街;②湍流脉动激振;③自激振动。引起拦污栅破坏的主要原因是栅后的脱体涡和湍流的低频脉动。拦污栅周围的流动属钝体绕流类,其流动特征是钝体后存在脱体漩涡,受脱体漩涡的影响,拦污栅表明的作用力发生周期性的变化,拦污栅也随之振动。当拦污栅表明作用力的周期与拦污栅的固有频率一致或接近时,引起拦污栅共振,从而导致拦污栅的破坏。湍流的脉动频率较低,引起拦污栅振动的幅值也较小,但是在湍流长期作用下,尤其是拦污栅绕流状况较差时,如来流以一定的冲角冲击栅叶时,拦污栅可能会发生疲劳破坏。因此,防止拦污栅振动破坏的关键是改善栅叶的振动响应特性。影响拦污栅绕流特性的主要因素有栅叶的剖面形状、栅叶的长宽比和栅叶的间距及来流条件等。

拦污栅栅叶的剖面形状一般为矩形,其长宽比较大,一般为3~10。文献[6]、[7]研究表明,对于矩形剖面绕流体,当长宽比小于2时,柱体周围的流态与方柱相似;长宽比在2~3时,流动由两种机制决定,一是柱体前缘分离剪切层形成的漩涡,二是柱体后缘分离剪切层形成的漩涡;当长宽比大于3时(文献[8]认为大于5),流动在柱体前缘分离,并在左右侧面再附,不稳定的剪切层与栅体作用产生大尺度漩涡结构,随后在后缘分离形成卡门涡街。多柱体并列时,由于柱体相互干扰,流动比较复杂。以并列圆柱为例,当柱体间距s与柱体直径d之比值大于4时,两柱体绕流间无干扰;当比值2≤s/d≤4时,柱体后的漩涡同时产生,涡街协调脱落,即同时在内侧脱落,或同时在外侧脱落,脱落涡的频率与单柱体时一样,柱体的升、阻力随s/d值的增加而减小;当1.2<s/d<2.0时,柱体间的流体间歇性地偏向两个柱体,柱体后的尾迹长而窄,与不稳定流动对应的斯特罗哈数有两个;s/d<1.2时,两柱体后形成单涡街,两柱体与单钝体相似,间距比减小,升阻力系数增加。(https://www.xing528.com)

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