水輪機(jī)吊裝過程的數(shù)值模擬及仿真系統(tǒng)開發(fā)研究.pdf

1、隨著海洋能在世界范圍內(nèi)的廣泛應(yīng)用，水輪機(jī)作為能量轉(zhuǎn)化的設(shè)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(jī)在安裝時(shí)一定會(huì)與海上風(fēng)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(yàn)進(jìn)行，影響水輪機(jī)吊裝的準(zhǔn)確性和安全性。所以必須通過理論計(jì)算及數(shù)值模擬，得出其運(yùn)動(dòng)姿態(tài)和位移量，預(yù)測(cè)、避免和防范危險(xiǎn)的發(fā)生，使整個(gè)工程經(jīng)濟(jì)可靠。此外，還需要通過模擬仿真，獲取水輪機(jī)在吊裝入水時(shí)承受的綜合作用力，并對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核，便于對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化。在此基礎(chǔ)

2、上，基于軟件Flow3D和Lab Windows，開發(fā)用戶界面，將模擬過程中參數(shù)的設(shè)置，水輪機(jī)姿態(tài)和實(shí)時(shí)海況的顯示集成在同一個(gè)界面中，形成一個(gè)既方便操作，又簡(jiǎn)單直觀的模擬仿真系統(tǒng)。
　　本文以系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)以及Flow3D、Lab Windows等專業(yè)軟件為研究依據(jù)，借鑒大量國內(nèi)外相關(guān)研究，對(duì)水輪機(jī)在安裝時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行了分析，對(duì)水輪機(jī)吊裝入水系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析、建模、模擬仿真和用戶界面的開發(fā)進(jìn)行了研究。具體研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:

3、
　　首先基于軟件Flow3D建立了用于對(duì)水輪機(jī)吊裝入水過程進(jìn)行模擬的三維數(shù)值波浪水槽模型。該模型選用VOF法對(duì)自由液面進(jìn)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(jié)果較為準(zhǔn)確。
　　然后對(duì)水輪機(jī)吊裝過程中的擺動(dòng)姿態(tài)進(jìn)行模擬仿真。首先，對(duì)系統(tǒng)三維運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了分析并基于實(shí)驗(yàn)室水輪機(jī)建立了水輪機(jī)三維模型。對(duì)水輪機(jī)三維模型結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，在選定的工況下對(duì)水輪機(jī)擺動(dòng)姿態(tài)進(jìn)行數(shù)值模擬。通過水輪機(jī)姿態(tài)

4、和坐標(biāo)數(shù)據(jù)可以看出，水輪機(jī)在不同位置下，其擺動(dòng)姿態(tài)均較為穩(wěn)定，水輪機(jī)吊裝準(zhǔn)確度較高，且不存在結(jié)構(gòu)損壞或施工安全等隱患。
　　然后對(duì)水輪機(jī)受力進(jìn)行了數(shù)值模擬，并在此基礎(chǔ)上對(duì)水輪機(jī)的強(qiáng)度進(jìn)行了校核。通過對(duì)本文獲得的結(jié)果進(jìn)行分析，水輪機(jī)受力與實(shí)際情況吻合，且水輪機(jī)所受最大應(yīng)力小于許可應(yīng)力，所以滿足工程實(shí)踐的強(qiáng)度和剛度的要求。
　　最后基于軟件開發(fā)平臺(tái)Lab Windows，開發(fā)了用戶界面。該用戶界面能夠?qū)崿F(xiàn)將模擬仿真過程中所有參數(shù)