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Fluent 并行计算及其工程算例测试与分析
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关注微信公众号船舶燃气轮机装置分布式集成仿真研究--《哈尔滨工程大学》2014年博士论文
船舶燃气轮机装置分布式集成仿真研究
【摘要】：在船舶燃气轮机装置的研制过程中通常面临系统复杂性、指标严格性以及任务紧迫性等几方面的挑战。将系统仿真技术引入装置模块化设计,可以有效地预防研制风险、节约研制成本、缩短研制周期。鉴于国内在船舶燃气轮机装置集成仿真技术领域的相关研究不足,本文以此为研究对象,深入讨论了分布式集成仿真平台设计、开发以及应用中的关键技术和实现方法。具体研究成果如下:(1)建立了船舶燃气轮机装置分布式集成仿真平台体系。以装置模块化设计对系统仿真服务的需求为基础,对平台作了功能和技术问题分析,为平台建立了分层的体系结构和“服务器/计算节点”式的运行框架。综合考虑各方面因素,选择MATLAB/SIMULINK和HLA/RTI作为平台的开发环境。为了使自治性仿真模型能够在平台中得到重用,提出对其采用两层接口的封装方法。(2)开发了船舶燃气轮机装置模块化模型库。根据船舶燃气轮机装置实际物理结构的装配关系,并综合考虑燃气轮机装置仿真研究中常用的容积惯性法,设计了支持自治性仿真模型重用和分布式集成仿真的模块化模型库树状拓扑结构。分析了模型库中主要部件的数学模型,根据部件数学模型的实际情况,选择不同开发环境建立并验证部件仿真模型,为分布式集成仿真平台应用奠定基础。(3)解决了船舶燃气轮机装置分布式集成仿真技术问题。以HLA技术的相关理论为基础,结合船舶燃气轮机装置分布式集成仿真的实际情况,开发了仿真对象模型、联邦对象模型以及联邦执行数据文件,分析了仿真模型、仿真对象模型以及联邦成员之间的对应关系,解决了仿真网络中自治性仿真模型的互联问题。为参与分布式集成仿真的联邦成员设置了三条时间管理规则,解决了仿真网络中的时间同步问题。设计了在SIMULINK/S-Function的回调函数中调用HLA接口规范服务功能的分配方案,提出了利用“参数变量”封装多个功能各异的RTI接口模快的方法,解决了统一仿真环境问题。(4)完成了船舶燃气轮机装置分布式集成仿真平台开发。详细分析了八种RTI接口模块的功能和具体程序实现算法,设计了“编码”程序和“解码”程序,来协调数据生产者、HLA/RTI以及数据消费者对数据形式的不同需求;设计了交互类Information和“订购信息表”,来解决联邦成员之间无法通过RTI查询彼此仿真步长的问题;以“订购信息表”为基础,设计了接收对象类实例属性反射值的算法,来解决联邦成员间的数据通信在联邦时间轴上的同步问题;以某型三轴燃气轮机0维变比热系统仿真模型为基础,开展分布式集成仿真实验,仿真结果验证了 RTI接口模块及其搭建的分布式仿真接口的有效性。利用MATLAB/GUI设计、开发了平台其它组件的操作界面。(5)开展了船舶燃气轮机装置分布式集成仿真平台应用研究。以COGAG装置为研究对象,实现了基于SIMULIINK/ADAMS协同的分布式集成仿真研究。以某型三轴燃气轮机为研究对象,实现了基于SIMULINK/FLUENT协同的分布式集成仿真研究。上述分布式集成仿真实验,分别验证了平台进行多学科耦合分析和仿真缩放的可行性。本文在借鉴传统的模块化集成仿真技术、基于接口的多软件协同集成仿真技术以及HLA分布式仿真技术各自优点的基础上,建立了可扩展的船舶燃气轮机装置分布式集成仿真平台体系结构和运行框架,并以此为基础对平台进行了具体开发,最终的集成仿真实验证明了该平台设计的可行性。本文的研究成果可以充分满足船舶燃气轮机装置研制过程中对系统性、多学科性以及多层次性仿真分析的需求,从而为装置的研制和推广应用提供了技术支撑。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2014【分类号】：U664.131
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