本文關鍵詞：水輪機吊裝過程的數(shù)值模擬及仿真系統(tǒng)開發(fā)研究

  更多相關文章： 水輪機 吊裝 數(shù)值模擬 用戶界面 Flow 3D

【摘要】：隨著海洋能在世界范圍內(nèi)的廣泛應用,水輪機作為能量轉化的設備,其吊裝入水操作是安裝施工過程中的重要環(huán)節(jié)。水輪機在安裝時一定會與海上風浪流等因素相互作用,且安裝過程大多憑操作人員的經(jīng)驗進行,影響水輪機吊裝的準確性和安全性。所以必須通過理論計算及數(shù)值模擬,得出其運動姿態(tài)和位移量,預測、避免和防范危險的發(fā)生,使整個工程經(jīng)濟可靠。此外,還需要通過模擬仿真,獲取水輪機在吊裝入水時承受的綜合作用力,并對其進行強度校核,便于對其結構進一步優(yōu)化。在此基礎上,基于軟件Flow 3D和Lab Windows,開發(fā)用戶界面,將模擬過程中參數(shù)的設置,水輪機姿態(tài)和實時海況的顯示集成在同一個界面中,形成一個既方便操作,又簡單直觀的模擬仿真系統(tǒng)。本文以系統(tǒng)動力學、流體力學以及Flow 3D、Lab Windows等專業(yè)軟件為研究依據(jù),借鑒大量國內(nèi)外相關研究,對水輪機在安裝時的狀態(tài)進行了分析,對水輪機吊裝入水系統(tǒng)進行了理論分析、建模、模擬仿真和用戶界面的開發(fā)進行了研究。具體研究內(nèi)容及結論如下：首先基于軟件Flow3D建立了用于對水輪機吊裝入水過程進行模擬的三維數(shù)值波浪水槽模型。該模型選用VOF法對自由液面進行追蹤,RNG k-ε模型模擬液體紊流狀態(tài),有較好的造波及消波性能,模擬三維波浪傳播結果較為準確。然后對水輪機吊裝過程中的擺動姿態(tài)進行模擬仿真。首先,對系統(tǒng)三維運動進行了分析并基于實驗室水輪機建立了水輪機三維模型。對水輪機三維模型結構優(yōu)化后,在選定的工況下對水輪機擺動姿態(tài)進行數(shù)值模擬。通過水輪機姿態(tài)和坐標數(shù)據(jù)可以看出,水輪機在不同位置下,其擺動姿態(tài)均較為穩(wěn)定,水輪機吊裝準確度較高,且不存在結構損壞或施工安全等隱患。然后對水輪機受力進行了數(shù)值模擬,并在此基礎上對水輪機的強度進行了校核。通過對本文獲得的結果進行分析,水輪機受力與實際情況吻合,且水輪機所受最大應力小于許可應力,所以滿足工程實踐的強度和剛度的要求。最后基于軟件開發(fā)平臺Lab Windows,開發(fā)了用戶界面。該用戶界面能夠實現(xiàn)將模擬仿真過程中所有參數(shù)的設置及結果的輸出集成在同一界面中,簡單直觀,便于操作。通過本文的研究,可以實現(xiàn)對水輪機或其他各種海洋結構物在海上安裝工作時的姿態(tài)、受力等各參數(shù)進行系統(tǒng)的模擬仿真,并直觀清晰的顯示結果。這不僅為決策提供科學的依據(jù),使海上工程更加安全可靠,而且減小了作業(yè)人員和財產(chǎn)的風險。
【關鍵詞】：水輪機 吊裝 數(shù)值模擬 用戶界面 Flow 3D
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK730.6
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 緒論11-18
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 水輪機吊裝過程模擬仿真的現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 波浪的數(shù)值模擬發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 波浪與海上結構物之間相互作用模擬仿真的發(fā)展現(xiàn)狀14-15
• 1.2.3 水輪機吊裝模擬仿真現(xiàn)狀15-16
• 1.3 課題研究方法16-18
• 1.3.1 研究目的16
• 1.3.2 研究內(nèi)容16-17
• 1.3.3 研究路線17
• 1.3.4 課題來源17-18
• 2 三維數(shù)值波浪水槽的建立18-27
• 2.1 Flow 3D軟件簡介18
• 2.2 波浪運動控制方程18-20
• 2.3 紊流模型20-21
• 2.4 邊界條件和初始條件21-22
• 2.5 運動和碰撞模型(GMO)22
• 2.6 自由表面追蹤的VOF法22-24
• 2.7 模型的建立24-26
• 2.8 本章小結26-27
• 3 水輪機吊裝入水姿態(tài)的模擬仿真27-44
• 3.1 系統(tǒng)三維運動數(shù)學模型27-30
• 3.1.1 引言27
• 3.1.2 系統(tǒng)三維運動分析27
• 3.1.3 系統(tǒng)三維運動方程27-30
• 3.2 水輪機三維模型的建立30-32
• 3.3 水輪機吊裝入水時擺動姿態(tài)的仿真32-37
• 3.3.1 模擬方法簡介32
• 3.3.2 模擬工況選擇32-35
• 3.3.3 三維模型導入和模型優(yōu)化35-36
• 3.3.4 Flow 3D分析計算36-37
• 3.4 模擬仿真結果分析37-43
• 3.5 本章小結43-44
• 4 水輪機受力的模擬仿真和強度校核44-55
• 4.1 水輪機受力的模擬仿真44-49
• 4.1.1 波浪力的計算方法44-45
• 4.1.2 水輪機受力模擬45-46
• 4.1.3 模擬結果分析46-49
• 4.2 水輪機強度校核49-54
• 4.2.1 Ansys Workbench方法簡介49-50
• 4.2.2 三維模型導入和網(wǎng)格劃分50-51
• 4.2.3 邊界條件設定51-52
• 4.2.4 強度計算與后處理52
• 4.2.5 結果分析52-54
• 4.3 本章小結54-55
• 5 基于Flow 3D的用戶界面開發(fā)55-66
• 5.1 系統(tǒng)分析55-57
• 5.1.1 需求分析55-56
• 5.1.2 現(xiàn)狀調(diào)查56
• 5.1.3 可行性分析56-57
• 5.2 圖形用戶界面設計57-58
• 5.2.1 界面結構組成57-58
• 5.2.2 界面工作原理及流程58
• 5.3 連接Flow 3D58-61
• 5.3.1 參數(shù)設置模塊開發(fā)58-60
• 5.3.2 結果顯示模塊開發(fā)60-61
• 5.4 用戶界面測試61-64
• 5.5 本章小結64-66
• 6 結論與展望66-68
• 6.1 論文主要研究工作66-67
• 6.2 課題創(chuàng)新點67
• 6.3 不足與展望67-68
• 參考文獻68-72
• 致謝72-73
• 個人簡歷73

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 ;氣水輪機(Hydropneumaticturbine)[J];河海大學科技情報;1987年01期

2 J.L,Gordon;劉懷金;;確定水輪機轉速的一種新方法[J];華北水利水電學院學報;1991年03期

3 崔濤;;水輪機葉片制造技術發(fā)展綜述[J];科技資訊;2012年35期

4 劉西明;;水輪機葉片制造技術發(fā)展綜述[J];科技創(chuàng)新與應用;2013年27期

5 張厚琪;水輪機流道中水力擾動的測量[J];華東電力;1981年05期

6 田樹棠;龍羊峽水輪機初期運行性能分析[J];陜西水力發(fā)電;1987年04期

7 蔣治;一種水輪機應變檢測儀的設計[J];傳感器技術;2004年05期

8 張亮,汪魯兵,李鳳來,張桂湘;豎軸變攻角潮流發(fā)電水輪機性能預報流管模型研究[J];哈爾濱工程大學學報;2004年03期

9 賴喜德;;大型水輪機葉片制造技術的新進展[J];西華大學學報(自然科學版);2006年02期

10 陳昭運;滕奎;李建明;;水輪機葉片裂紋原因分析[J];大電機技術;2007年03期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王者昌;;水輪機葉片裂紋的預防和處理[A];第十九次中國水電設備學術討論會論文集[C];2013年

2 張偉;林良有;張俊華;吳玉林;;水輪機空化空蝕分析軟件研究[A];全國水電廠技術改造學習交流研討會論文集[C];2005年

3 陳懷寧;王者昌;;水輪機葉片裂紋的壓應力防護技術[A];水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性技術研討會論文集[C];2007年

4 王儉超;王樹杰;李偉;袁鵬;邱飛;;水平軸海流能水輪機葉片的設計和實驗研究[A];中國可再生能源學會海洋能專業(yè)委員會第三屆學術討論會論文集[C];2010年

5 陳玉宇;王金勇;潘玉華;;水輪機葉片Pro/E三維造型及其數(shù)控加工[A];2007年全國機電企業(yè)工藝年會《星火機床杯》工藝創(chuàng)新發(fā)展綠色制造節(jié)約型工藝有獎征文科技論文集[C];2007年

6 黃犀硯;陳前淮;武彬;;三門峽水電站1號水輪機抗磨蝕軟涂層的應用[A];水輪機抗磨蝕技術研討會論文集[C];2006年

7 馬獻德;陳強;孫振國;張文增;;水輪機葉片坑內(nèi)修焊機器人姿態(tài)估計算法[A];第十五次全國焊接學術會議論文集[C];2010年

8 邱飛;王樹杰;譚俊哲;袁鵬;;潮流能柔性葉片水輪機導流罩設計及數(shù)值模擬[A];中國可再生能源學會2011年學術年會論文集[C];2011年

9 陳玉宇;王金勇;潘玉華;;水輪機葉片Pro/E三維造型及其數(shù)控加工[A];福建省科學技術協(xié)會第七屆學術年會分會場——提高水力發(fā)電技術 促進海西經(jīng)濟建設研討會論文集[C];2007年

10 陳懷寧;王者昌;;水輪機葉片裂紋的壓應力防護技術[A];2003年大型水電機組技術研討會論文集[C];2003年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 白燕;寧夏已具備生產(chǎn)水輪機葉片能力[N];寧夏日報;2007年

2 張曉健;二重三峽水輪機葉片鑄件模型交檢合格[N];中國冶金報;2007年

3 張弘邋張嘉樹 記者 王方遒;大水輪機葉片國產(chǎn)化[N];哈爾濱日報;2007年

4 李劍;讓水輪機轉得更輕快[N];中國電力報;2003年

5 張曉健;二重制成三峽大型水輪機葉片鑄件模型[N];中國工業(yè)報;2007年

6 王金華;巨型水輪機葉片國產(chǎn)化從哈電“起步”[N];中國工業(yè)報;2007年

7 由慶祝邋通訊員 王忠孝;王波：科技創(chuàng)新是企業(yè)發(fā)展的原動力[N];中國工業(yè)報;2008年

8 ;中方獲美方賠付近三百萬美元[N];人民日報海外版;2003年

9 楊水宏 記者 高開升;成功制造葛洲壩水輪機特大型葉片[N];鞍山日報　;2005年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 周倩倩;含沙水中混流式水輪機內(nèi)部流動的數(shù)值模擬[D];西華大學;2015年

2 李昂;水輪機吊裝過程的數(shù)值模擬及仿真系統(tǒng)開發(fā)研究[D];中國海洋大學;2015年

3 寧義君;矩形水輪機水動力性能研究[D];哈爾濱工程大學;2010年

4 孟巧;葉柵附體對直葉水輪機的性能干擾研究[D];哈爾濱工程大學;2010年

5 劉永賓;水輪機葉片的動應力研究[D];西安理工大學;2002年

6 陳晗;彈簧控角豎軸直葉水輪機水動力性能研究[D];哈爾濱工程大學;2006年

7 仉培強;基于時間序列分析的水輪機葉片動態(tài)參數(shù)識別技術研究[D];華北電力大學（北京）;2005年

8 楊勇;水輪機空化狀態(tài)監(jiān)測與診斷[D];華中科技大學;2007年

9 宋雯婧;渦面元法在水輪機性能計算中的應用[D];哈爾濱工程大學;2006年

10 鄔海軍;水輪機葉片三維有限元剛強度與振動特性研究[D];西安理工大學;2005年

，

本文編號：836736