水轮机吊装过程的数值模拟及仿真系统开发研究

发布时间：2017-09-12 10:37

  本文关键词：水轮机吊装过程的数值模拟及仿真系统开发研究

  更多相关文章： 水轮机 吊装 数值模拟 用户界面 Flow 3D

【摘要】：随着海洋能在世界范围内的广泛应用,水轮机作为能量转化的设备,其吊装入水操作是安装施工过程中的重要环节。水轮机在安装时一定会与海上风浪流等因素相互作用,且安装过程大多凭操作人员的经验进行,影响水轮机吊装的准确性和安全性。所以必须通过理论计算及数值模拟,得出其运动姿态和位移量,预测、避免和防范危险的发生,使整个工程经济可靠。此外,还需要通过模拟仿真,获取水轮机在吊装入水时承受的综合作用力,并对其进行强度校核,便于对其结构进一步优化。在此基础上,基于软件Flow 3D和Lab Windows,开发用户界面,将模拟过程中参数的设置,水轮机姿态和实时海况的显示集成在同一个界面中,形成一个既方便操作,又简单直观的模拟仿真系统。本文以系统动力学、流体力学以及Flow 3D、Lab Windows等专业软件为研究依据,借鉴大量国内外相关研究,对水轮机在安装时的状态进行了分析,对水轮机吊装入水系统进行了理论分析、建模、模拟仿真和用户界面的开发进行了研究。具体研究内容及结论如下：首先基于软件Flow3D建立了用于对水轮机吊装入水过程进行模拟的三维数值波浪水槽模型。该模型选用VOF法对自由液面进行追踪,RNG k-ε模型模拟液体紊流状态,有较好的造波及消波性能,模拟三维波浪传播结果较为准确。然后对水轮机吊装过程中的摆动姿态进行模拟仿真。首先,对系统三维运动进行了分析并基于实验室水轮机建立了水轮机三维模型。对水轮机三维模型结构优化后,在选定的工况下对水轮机摆动姿态进行数值模拟。通过水轮机姿态和坐标数据可以看出,水轮机在不同位置下,其摆动姿态均较为稳定,水轮机吊装准确度较高,且不存在结构损坏或施工安全等隐患。然后对水轮机受力进行了数值模拟,并在此基础上对水轮机的强度进行了校核。通过对本文获得的结果进行分析,水轮机受力与实际情况吻合,且水轮机所受最大应力小于许可应力,所以满足工程实践的强度和刚度的要求。最后基于软件开发平台Lab Windows,开发了用户界面。该用户界面能够实现将模拟仿真过程中所有参数的设置及结果的输出集成在同一界面中,简单直观,便于操作。通过本文的研究,可以实现对水轮机或其他各种海洋结构物在海上安装工作时的姿态、受力等各参数进行系统的模拟仿真,并直观清晰的显示结果。这不仅为决策提供科学的依据,使海上工程更加安全可靠,而且减小了作业人员和财产的风险。
【关键词】：水轮机 吊装 数值模拟 用户界面 Flow 3D
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK730.6
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 绪论11-18
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 水轮机吊装过程模拟仿真的现状12-16
• 1.2.1 波浪的数值模拟发展现状12-14
• 1.2.2 波浪与海上结构物之间相互作用模拟仿真的发展现状14-15
• 1.2.3 水轮机吊装模拟仿真现状15-16
• 1.3 课题研究方法16-18
• 1.3.1 研究目的16
• 1.3.2 研究内容16-17
• 1.3.3 研究路线17
• 1.3.4 课题来源17-18
• 2 三维数值波浪水槽的建立18-27
• 2.1 Flow 3D软件简介18
• 2.2 波浪运动控制方程18-20
• 2.3 紊流模型20-21
• 2.4 边界条件和初始条件21-22
• 2.5 运动和碰撞模型(GMO)22
• 2.6 自由表面追踪的VOF法22-24
• 2.7 模型的建立24-26
• 2.8 本章小结26-27
• 3 水轮机吊装入水姿态的模拟仿真27-44
• 3.1 系统三维运动数学模型27-30
• 3.1.1 引言27
• 3.1.2 系统三维运动分析27
• 3.1.3 系统三维运动方程27-30
• 3.2 水轮机三维模型的建立30-32
• 3.3 水轮机吊装入水时摆动姿态的仿真32-37
• 3.3.1 模拟方法简介32
• 3.3.2 模拟工况选择32-35
• 3.3.3 三维模型导入和模型优化35-36
• 3.3.4 Flow 3D分析计算36-37
• 3.4 模拟仿真结果分析37-43
• 3.5 本章小结43-44
• 4 水轮机受力的模拟仿真和强度校核44-55
• 4.1 水轮机受力的模拟仿真44-49
• 4.1.1 波浪力的计算方法44-45
• 4.1.2 水轮机受力模拟45-46
• 4.1.3 模拟结果分析46-49
• 4.2 水轮机强度校核49-54
• 4.2.1 Ansys Workbench方法简介49-50
• 4.2.2 三维模型导入和网格划分50-51
• 4.2.3 边界条件设定51-52
• 4.2.4 强度计算与后处理52
• 4.2.5 结果分析52-54
• 4.3 本章小结54-55
• 5 基于Flow 3D的用户界面开发55-66
• 5.1 系统分析55-57
• 5.1.1 需求分析55-56
• 5.1.2 现状调查56
• 5.1.3 可行性分析56-57
• 5.2 图形用户界面设计57-58
• 5.2.1 界面结构组成57-58
• 5.2.2 界面工作原理及流程58
• 5.3 连接Flow 3D58-61
• 5.3.1 参数设置模块开发58-60
• 5.3.2 结果显示模块开发60-61
• 5.4 用户界面测试61-64
• 5.5 本章小结64-66
• 6 结论与展望66-68
• 6.1 论文主要研究工作66-67
• 6.2 课题创新点67
• 6.3 不足与展望67-68
• 参考文献68-72
• 致谢72-73
• 个人简历73

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;气水轮机(Hydropneumaticturbine)[J];河海大学科技情报;1987年01期

2 J.L,Gordon;刘怀金;;确定水轮机转速的一种新方法[J];华北水利水电学院学报;1991年03期

3 崔涛;;水轮机叶片制造技术发展综述[J];科技资讯;2012年35期

4 刘西明;;水轮机叶片制造技术发展综述[J];科技创新与应用;2013年27期

5 张厚琪;水轮机流道中水力扰动的测量[J];华东电力;1981年05期

6 田树棠;龙羊峡水轮机初期运行性能分析[J];陕西水力发电;1987年04期

7 蒋治;一种水轮机应变检测仪的设计[J];传感器技术;2004年05期

8 张亮,汪鲁兵,李凤来,张桂湘;竖轴变攻角潮流发电水轮机性能预报流管模型研究[J];哈尔滨工程大学学报;2004年03期

9 赖喜德;;大型水轮机叶片制造技术的新进展[J];西华大学学报(自然科学版);2006年02期

10 陈昭运;滕奎;李建明;;水轮机叶片裂纹原因分析[J];大电机技术;2007年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 王者昌;;水轮机叶片裂纹的预防和处理[A];第十九次中国水电设备学术讨论会论文集[C];2013年

2 张伟;林良有;张俊华;吴玉林;;水轮机空化空蚀分析软件研究[A];全国水电厂技术改造学习交流研讨会论文集[C];2005年

3 陈怀宁;王者昌;;水轮机叶片裂纹的压应力防护技术[A];水轮发电机组稳定性技术研讨会论文集[C];2007年

4 王俭超;王树杰;李伟;袁鹏;邱飞;;水平轴海流能水轮机叶片的设计和实验研究[A];中国可再生能源学会海洋能专业委员会第三届学术讨论会论文集[C];2010年

5 陈玉宇;王金勇;潘玉华;;水轮机叶片Pro/E三维造型及其数控加工[A];2007年全国机电企业工艺年会《星火机床杯》工艺创新发展绿色制造节约型工艺有奖征文科技论文集[C];2007年

6 黄犀砚;陈前淮;武彬;;三门峡水电站1号水轮机抗磨蚀软涂层的应用[A];水轮机抗磨蚀技术研讨会论文集[C];2006年

7 马献德;陈强;孙振国;张文增;;水轮机叶片坑内修焊机器人姿态估计算法[A];第十五次全国焊接学术会议论文集[C];2010年

8 邱飞;王树杰;谭俊哲;袁鹏;;潮流能柔性叶片水轮机导流罩设计及数值模拟[A];中国可再生能源学会2011年学术年会论文集[C];2011年

9 陈玉宇;王金勇;潘玉华;;水轮机叶片Pro/E三维造型及其数控加工[A];福建省科学技术协会第七届学术年会分会场——提高水力发电技术 促进海西经济建设研讨会论文集[C];2007年

10 陈怀宁;王者昌;;水轮机叶片裂纹的压应力防护技术[A];2003年大型水电机组技术研讨会论文集[C];2003年

中国重要报纸全文数据库 前9条

1 白燕;宁夏已具备生产水轮机叶片能力[N];宁夏日报;2007年

2 张晓健;二重三峡水轮机叶片铸件模型交检合格[N];中国冶金报;2007年

3 张弘邋张嘉树 记者 王方遒;大水轮机叶片国产化[N];哈尔滨日报;2007年

4 李剑;让水轮机转得更轻快[N];中国电力报;2003年

5 张晓健;二重制成三峡大型水轮机叶片铸件模型[N];中国工业报;2007年

6 王金华;巨型水轮机叶片国产化从哈电“起步”[N];中国工业报;2007年

7 由庆祝邋通讯员 王忠孝;王波：科技创新是企业发展的原动力[N];中国工业报;2008年

8 ;中方获美方赔付近三百万美元[N];人民日报海外版;2003年

9 杨水宏 记者 高开升;成功制造葛洲坝水轮机特大型叶片[N];鞍山日报　;2005年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 周倩倩;含沙水中混流式水轮机内部流动的数值模拟[D];西华大学;2015年

2 李昂;水轮机吊装过程的数值模拟及仿真系统开发研究[D];中国海洋大学;2015年

3 宁义君;矩形水轮机水动力性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

4 孟巧;叶栅附体对直叶水轮机的性能干扰研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

5 刘永宾;水轮机叶片的动应力研究[D];西安理工大学;2002年

6 陈晗;弹簧控角竖轴直叶水轮机水动力性能研究[D];哈尔滨工程大学;2006年

7 仉培强;基于时间序列分析的水轮机叶片动态参数识别技术研究[D];华北电力大学（北京）;2005年

8 杨勇;水轮机空化状态监测与诊断[D];华中科技大学;2007年

9 宋雯婧;涡面元法在水轮机性能计算中的应用[D];哈尔滨工程大学;2006年

10 邬海军;水轮机叶片三维有限元刚强度与振动特性研究[D];西安理工大学;2005年

，

本文编号：836736