一种水轮机静止部件整体流固耦合分析方法

本申请属于水利仿真领域，具体涉及一种水轮机静止部件整体流固耦合分析方法、系统、设备、存储介质及计算机程序产品。

背景技术：

1、水轮机在运行过程中，其多个静止部件持续受到内部流体的脉动压力与水力激励作用。随着工况向变负荷、非定常流动及强扰动条件发展，内部流体在整体流道范围内呈现显著的瞬态变化，使多个静止部件的受力状态与结构响应呈现整体性与时变性。因此，在复杂工况下评估水轮机静止部件的流致结构动态响应，通常需要同时关注结构体系与内部流体行为的变化规律与相互作用。

2、现有技术中，针对水轮机静止部件的结构响应分析通常采用结构侧与流体侧分别建模的方式展开。结构侧一般依据静止部件的几何形态、材料特性及边界条件进行动力学求解；流体侧则根据流道内的流动状态计算压力场或载荷分布，以获得流体作用随时间的变化趋势。在此类分析流程中，结构求解通常以流体计算得到的压力或载荷作为输入条件，结构与流体之间的影响主要通过单向的载荷传递方式体现，流体在结构振动过程中产生的反应通常通过压力变化予以表达。

3、然而在复杂工况下，随着流动状态呈现更强的非定常性，基于结构侧与流体侧分别建模的分析流程在刻画水轮机整体结构体系与内部流体整体行为的相互作用方面会随工况复杂度的提升而受到限制，难以在此类分析框架中充分体现，最终使得结构动态响应评估在复杂运行条件下的适用性与可靠性因此可能受到影响。

技术实现思路

1、本申请旨在提供一种水轮机静止部件整体流固耦合分析方法、系统、设备、存储介质及计算机程序产品，至少解决水轮机仿真在复杂工况下对整体结构体系与内部流体整体行为的刻画不充分的问题。

2、第一方面，本申请实施例公开了一种水轮机静止部件整体流固耦合分析方法，包括：

3、建立至少包含水轮机的多个静止部件的整体化结构域仿真模型；

4、基于所述整体化结构域仿真模型建立对所述水轮机内部流体的全流场瞬态仿真模型；

5、基于所述整体化结构域仿真模型与所述全流场瞬态仿真模型之间形成的动力学耦合关系，建立对所述水轮机的双向流固耦合仿真模型，并基于所述双向流固耦合仿真模型确定对所述水轮机的流致结构动态响应仿真结果；所述双向流固耦合仿真模型至少用以表征所述水轮机内部流体对多个所述静止部件的水力激励所产生的水体附加质量影响。

6、第二方面，本申请实施例还公开了一种水轮机静止部件整体流固耦合分析系统，包括：

7、结构建模模块，用于建立至少包含水轮机的多个静止部件的整体化结构域仿真模型；

8、流场建模模块，用于基于所述整体化结构域仿真模型建立对所述水轮机内部流体的全流场瞬态仿真模型；

9、动态仿真模块，用于基于所述整体化结构域仿真模型与所述全流场瞬态仿真模型之间形成的动力学耦合关系，建立对所述水轮机的双向流固耦合仿真模型，并基于所述双向流固耦合仿真模型确定对所述水轮机的流致结构动态响应仿真结果；所述双向流固耦合仿真模型至少用以表征所述水轮机内部流体对多个所述静止部件的水力激励所产生的水体附加质量影响。

10、第三方面，本申请实施例还公开了一种电子设备，包括处理器和存储器、所述存储器存储可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现如第一方面所述的方法的步骤。

11、第四方面，本申请实施例还公开了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如第一方面所述的方法的步骤。

12、第五方面，本申请实施例还公开了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的步骤。

13、综上，在本申请实施例中，通过建立包含多个静止部件的整体化结构域仿真模型，使仿真初始阶段即形成面向整体结构体系的统一分析对象，从而能够在复杂工况下保持结构域建模对多个静止部件之间空间关系与受力关联的完整表达。在此基础上，基于整体化结构域仿真模型建立的全流场瞬态仿真模型，使内部流体作用的获取由依赖局部流动状态的载荷输入，转变为依据整体结构形态与整体流道内的瞬态流动行为动态生成的流体作用信息，从而使流体激励的时序特征与空间分布更贴近复杂工况下的真实变化规律。进一步地，基于静止部件整体化结构域仿真模型与全流场瞬态仿真模型之间形成的动力学耦合关系建立双向流固耦合仿真模型，使结构响应与流体作用能够在统一求解框架下实现相互影响与相互反馈，形成内部流体瞬态变化与结构动态响应之间的动力学交互机制，并能够在耦合求解过程中表征内部流体对多个静止部件的水力激励作用所产生的水体附加质量影响。由此，基于本申请实施例的方法，通过采用面向静止部件整体结构体系与水轮机整体流场行为的双向流固耦合仿真过程，使结构动态响应的评估能够更充分地体现复杂工况下整体结构体系与内部流体整体行为的相互作用，从而在复杂运行条件下提升仿真结果的适用性与可靠性。

1.一种水轮机静止部件整体流固耦合分析方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的水轮机静止部件整体流固耦合分析方法，其特征在于，所述基于所述整体化结构域仿真模型建立对所述水轮机内部流体的全流场瞬态仿真模型，包括：

3.如权利要求2所述的水轮机静止部件整体流固耦合分析方法，其特征在于，所述对所述全流场几何流体仿真模型进行网格划分，以获得对所述水轮机内流体的初始全流场的网格数据，包括：

4.如权利要求3所述的水轮机静止部件整体流固耦合分析方法，其特征在于，所述按照重构化网格对所述第三几何区域进行网格划分，并按照光顺化网格对所述第四几何区域进行网格划分，包括：

5.如权利要求1所述的水轮机静止部件整体流固耦合分析方法，其特征在于，所述基于所述整体化结构域仿真模型与所述全流场瞬态仿真模型之间形成的动力学耦合关系，建立对所述水轮机的双向流固耦合仿真模型，包括：

6.如权利要求1所述的水轮机静止部件整体流固耦合分析方法，其特征在于，所述基于所述双向流固耦合仿真模型确定对所述水轮机的流致结构动态响应仿真结果，包括：

7.如权利要求1所述的水轮机静止部件整体流固耦合分析方法，其特征在于，所述水轮机静止部件整体流固耦合分析方法还包括：

8.一种水轮机静止部件整体流固耦合分析系统，其特征在于，包括：

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的水轮机静止部件整体流固耦合分析方法。

10.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的水轮机静止部件整体流固耦合分析方法的步骤。