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基于CFD和FEM的混流式水轮机数值模拟研究
本文主要研究基于CFD和FEM的混流式水轮机数值模拟，旨在探究该模拟技术在水轮机设计和优化方面的应用。
混流式水轮机作为一种高效能、流量大、出力范围广的涡轮机，广泛应用于水电站、泵站和液压机械等领域，因其具有高效能和优良的稳定性能而备受关注。在水轮机的设计与优化中，数值模拟技术已经成为一种强有力的辅助手段。
CFD（计算流体动力学）和FEM（有限元法）是水轮机模拟中最常用的数值方法。CFD主要用于分析流场等流体力学参数，使得设计者可以更好地理解水轮机的运行机理。FEM则主要用于处理水轮机叶轮的力学问题，以及叶轮与水的相互作用问题，以更准确地预测机械特性。
研究人员通过数值模拟可以在设计初期获得流动信息，使得设计者可以更准确地预估水轮机性能、并优化叶片形状。此外，在试验操作时，数值模拟可以在装置未开始前得到初期预测结果，从而确定试验的最佳方法和最优参数，提高试验效率。
据研究人员介绍，混流式水轮机的模拟主要集中在流动分析和叶片强度分析两个方面。对于流动分析，主要的模拟目的是确定水轮机中流场的运动规律，获得最佳的流量分布以优化水轮机的性能；而对于叶片强度分析，主要的目的是分析叶轮结构的稳定性，确定叶片的最佳形状以及最大相对速度区域的位置，以此预测机械特性。
数值模拟的优点在于可以按不同的工况和要求对水轮机进行数值测试，而不必依赖实验。它可以准确提取有关水轮机流场、压力、速度、叶片振动等方面的数据，从而为水轮机设计和优化提供更直观的参考。
总之，基于CFD和FEM模拟的混流式水轮机数值模拟是水轮机预测、设计、优化的重要辅助手段，已被广泛应用于国内外的水力设备研究与开发。