随着技术的高速发展,机组运行的自动化程度越来越高,无人值班、少人值守,远程控制的水电厂日益增多,对机组运行稳定性的要求亦日趋严格。本文以长短叶片混流式水轮机为例全面分析了基于流固耦合数值模拟考虑的三维流场特性与叶片动力特性,开展了水轮机振动的数值研究。主要内容如下:1、理论研究和分析了流道的流体动力学模型及数值模拟方法,转轮的结构静力学和转子动力学模型及其数值模拟方法,并建立了叶片流固耦合结构分析的力学模型。2、研究和分析了三维紊流计算的数学模型,尤其是对SSTk ?ω模型进行详细分析。同时经过计算比较,得出使用SSTk ?ω模型对水轮机内部紊流流动进行计算,尤其是对水轮机水流紊流剪应力的传输、近壁面的精确模拟、旋转运动、尾水管涡带压力脉动等非定常紊流流动计算是较好的数学模型,有更高的精度和可信度。3、本文同时将流体流动与旋转预应力因素考虑到旋转机械转轮的动力特性分析中。发现在相同介质中模态频率有所上升且量值不大;模态振型发生了最大位移位置点转移、振动方向改变的状况;约束对转轮频率最为敏感。在考虑转轮旋转预应力、耦合力场及约束条件下频率与转轮固有频率比较来看,没有出现明显的规律。但从两者振型相同的频率比较来看,前者大于后者且前两阶最为敏感。