水輪機吊裝過程的數值模擬及仿真系統(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

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Flow3D、Lab Windows等專業(yè)軟件為研究依據，借鑒大量國內外相關研究，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。具體研究內容及結論如下:

3、
　　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)進行數值模擬。通過水輪機姿態(tài)

4、和坐標數據可以看出，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