水电站输水系统水力过渡过程的可视化仿真系统研制
|
摘要
可视化仿真技术是近些年来发展起来的计算机应用技术，在诸如汽车、航天等领域均有广泛的应用。在水利系统中，也有一些专家学者开始了可视化仿真系统应用的研究。本文正是在这样的背景下，对水电站输水系统的水力过渡过程的可视化仿真系统进行了研究。
首先，本文介绍可视化仿真系统设计中的相关设计技术，包括可视化技术、计算机仿真技术、组件化程序设计技术以及数据库技术等等。
其次，本文重点阐述了应用OpenGL三维图形标准进行通用模型构建模块的分析设计，并给出了由本系统绘制的真实水电站输水系统的整体水工模型图。在整体模型构建的基础上，根据试验数据和计算数据，实现了输水系统中流体瞬变物理量的动态的演示。
最后，本文应用了水电站中非恒定流的计算方法，给出了一个系统实现的实例。结果表明，本系统能正确有效地解决实际的工程问题，具有较大的实用价值。
The simulation technology of visualization is a new computer application technology which has developed in recent years. In the fields such as mobile, aircraft ,etc, it is used widely. Some experts and scholars started to research the application of visualization simulation system in the water resources field. In such a background, this paper investigated the visualization simulation system which is applied to simulate the transient process of the water conveyance system in the hydropower station.
First, the technology of the visualization simulation system, including the visualization technology, computer simulation technology, component programming technology and database technology, are introduced.
Second, this paper expounded the analysis of the universal model by means of the OpenGL 3D graphics standard. The whole model of a real hydropower station was also provided by this system. On the base of the whole model structure, it realized the dynamic display of the transient fluid parameters in the conduit according to data available.
Finally, this paper applies the computational method of the unsteady flow in the hydropower station and a simulation case was given. The results show that the engineering problems can be solved effectively by this system.
首先，本文介绍可视化仿真系统设计中的相关设计技术，包括可视化技术、计算机仿真技术、组件化程序设计技术以及数据库技术等等。
其次，本文重点阐述了应用OpenGL三维图形标准进行通用模型构建模块的分析设计，并给出了由本系统绘制的真实水电站输水系统的整体水工模型图。在整体模型构建的基础上，根据试验数据和计算数据，实现了输水系统中流体瞬变物理量的动态的演示。
最后，本文应用了水电站中非恒定流的计算方法，给出了一个系统实现的实例。结果表明，本系统能正确有效地解决实际的工程问题，具有较大的实用价值。
The simulation technology of visualization is a new computer application technology which has developed in recent years. In the fields such as mobile, aircraft ,etc, it is used widely. Some experts and scholars started to research the application of visualization simulation system in the water resources field. In such a background, this paper investigated the visualization simulation system which is applied to simulate the transient process of the water conveyance system in the hydropower station.
First, the technology of the visualization simulation system, including the visualization technology, computer simulation technology, component programming technology and database technology, are introduced.
Second, this paper expounded the analysis of the universal model by means of the OpenGL 3D graphics standard. The whole model of a real hydropower station was also provided by this system. On the base of the whole model structure, it realized the dynamic display of the transient fluid parameters in the conduit according to data available.
Finally, this paper applies the computational method of the unsteady flow in the hydropower station and a simulation case was given. The results show that the engineering problems can be solved effectively by this system.
引文
[1] 何江华，计算机仿真导论，科学出版社，2001。
[2] 肖田元、张燕云等，系统仿真导论，清华大学出版社，2000。
[3] 杨开林，电站与泵站中的水力瞬变及调节，水利水电出版社，1999。
[4] E.Benjamin Wylie, Victor L.Streeter, Fluid Transients in Systems, McGraw-Hill Book Company, New York USA, 1978。
[5] H.Sattler、F. Strohmer, Computer Solutions of Water Hammer Problems Using the Method of Characteristics, Water Power, 1974, No.9。
[6] C.H.Atkinson、D.L.R.Cronin, Surge Tank Analysis by Computer, Water Power, Feb, 1971。
[7] 钟登华、熊小平等，水利水电工程施工场地总布置可视化动态演示系统研究，水利水电技术，2001，32(12)；29-31。
[8] 钟登华、毛寨汉等，水利水电工程土石方开挖可视化设计方法初探，水利水电技术，2001，32(12)：32-34
[9] 董文锋、袁艳斌等，流域三维地形仿真及洪水演进动态模拟，水电能源科学，2001，19(3)：37-39。
[10] 袁艳斌、王乘等，洪水演进模拟仿真系统研制的技术和目标分析，水电能源科学，2001，19(3)：30-33。
[11] 覃士欢、袁艳斌等，洪水演进仿真系统河道边界搜索模型及算法分析，水电能源科学，2001，19(3)：34-36。
[12] 申杰、刘浩吾，基于图像的虚拟现实技术在水利工程中的应用，水利水电技术，2001，32(3)：47-48。
[13] 河海大学水能利用教研室，水电站有压引水系统非恒定流计算通用程序UFC说明，1981
[14] 胡健伟、汤怀民，微分方程数值解法，科学出版社，1999。
[15] 汪德爟，计算水力学理论与应用，河海大学出版社，1989。
[16] 方保熔，矩阵论，河海大学出版社，1995。
[17] 陈玉璞等，流体力学，河海大学出版社，1990。
[18] 同济大学数学教研室，高等数学，同济大学出版社，1992。
[19] 高文、陈熙霖，计算机视觉，清华大学出版社，1993。
[20] Donald Hearn、M. Pauline Baker，计算机图形学，电子工业出版社，2000。
[21] 李建中、王珊，数据库系统原理，电子工业出版社，1998。
[22] 严蔚敏、吴伟民，数据结构，清华大学出版社，1988。
[23] Roger S.Pressman，软件工程，机械工业出版社，2001。
[24] 王淑云、方保熔等，数值计算方法，河海大学出版社，1996。
[25] 潘爱民，COM原理与应用，清华大学出版社，1999。
[26] 乔林、费广正等，OpenGL程序设计，清华大学出版社，2000。
[27] 白燕斌，史惠康，OpenGL三维图形库编程指南，机械工业出版社，1998
[28] Kruglinski等，Visual C++6．0技术内幕，北京希望电子出版社，1999。
[29] John E、Swanke，Visual C++MFC编程实例，机械工业出版社，1999。
[30] Rob MCGregor，C++使用指南，电子工业出版社，1998。
[31] Mikey Williams，Windows 2000编程技术内幕，机械工业出版社，2000。
[32] Chuck Wood，Visual C++6．0数据库编程大全，电子工业出版社，1999。
[33] 谭浩强、田淑清，Fortran77结构化程序设计，清华大学出版社，1990。
[34] Richard s．Wright．Jr、Michael Sweet，OpenGL超级宝典，人民邮电出版社，2001。
[35] 王勇等，OpenGL的选择机制在三维交互式应用程序开发中的应用，计算机系统应用，2001．10。
[36] 矫桂娥，UNIX平台弧形闸门可视化CAD系统研制，河海大学硕士论文，2002。
[37] 黄志澄，数据可视化技术及其应用展望，http://www.Visualsky.com/viz.htm。
[2] 肖田元、张燕云等，系统仿真导论，清华大学出版社，2000。
[3] 杨开林，电站与泵站中的水力瞬变及调节，水利水电出版社，1999。
[4] E.Benjamin Wylie, Victor L.Streeter, Fluid Transients in Systems, McGraw-Hill Book Company, New York USA, 1978。
[5] H.Sattler、F. Strohmer, Computer Solutions of Water Hammer Problems Using the Method of Characteristics, Water Power, 1974, No.9。
[6] C.H.Atkinson、D.L.R.Cronin, Surge Tank Analysis by Computer, Water Power, Feb, 1971。
[7] 钟登华、熊小平等，水利水电工程施工场地总布置可视化动态演示系统研究，水利水电技术，2001，32(12)；29-31。
[8] 钟登华、毛寨汉等，水利水电工程土石方开挖可视化设计方法初探，水利水电技术，2001，32(12)：32-34
[9] 董文锋、袁艳斌等，流域三维地形仿真及洪水演进动态模拟，水电能源科学，2001，19(3)：37-39。
[10] 袁艳斌、王乘等，洪水演进模拟仿真系统研制的技术和目标分析，水电能源科学，2001，19(3)：30-33。
[11] 覃士欢、袁艳斌等，洪水演进仿真系统河道边界搜索模型及算法分析，水电能源科学，2001，19(3)：34-36。
[12] 申杰、刘浩吾，基于图像的虚拟现实技术在水利工程中的应用，水利水电技术，2001，32(3)：47-48。
[13] 河海大学水能利用教研室，水电站有压引水系统非恒定流计算通用程序UFC说明，1981
[14] 胡健伟、汤怀民，微分方程数值解法，科学出版社，1999。
[15] 汪德爟，计算水力学理论与应用，河海大学出版社，1989。
[16] 方保熔，矩阵论，河海大学出版社，1995。
[17] 陈玉璞等，流体力学，河海大学出版社，1990。
[18] 同济大学数学教研室，高等数学，同济大学出版社，1992。
[19] 高文、陈熙霖，计算机视觉，清华大学出版社，1993。
[20] Donald Hearn、M. Pauline Baker，计算机图形学，电子工业出版社，2000。
[21] 李建中、王珊，数据库系统原理，电子工业出版社，1998。
[22] 严蔚敏、吴伟民，数据结构，清华大学出版社，1988。
[23] Roger S.Pressman，软件工程，机械工业出版社，2001。
[24] 王淑云、方保熔等，数值计算方法，河海大学出版社，1996。
[25] 潘爱民，COM原理与应用，清华大学出版社，1999。
[26] 乔林、费广正等，OpenGL程序设计，清华大学出版社，2000。
[27] 白燕斌，史惠康，OpenGL三维图形库编程指南，机械工业出版社，1998
[28] Kruglinski等，Visual C++6．0技术内幕，北京希望电子出版社，1999。
[29] John E、Swanke，Visual C++MFC编程实例，机械工业出版社，1999。
[30] Rob MCGregor，C++使用指南，电子工业出版社，1998。
[31] Mikey Williams，Windows 2000编程技术内幕，机械工业出版社，2000。
[32] Chuck Wood，Visual C++6．0数据库编程大全，电子工业出版社，1999。
[33] 谭浩强、田淑清，Fortran77结构化程序设计，清华大学出版社，1990。
[34] Richard s．Wright．Jr、Michael Sweet，OpenGL超级宝典，人民邮电出版社，2001。
[35] 王勇等，OpenGL的选择机制在三维交互式应用程序开发中的应用，计算机系统应用，2001．10。
[36] 矫桂娥，UNIX平台弧形闸门可视化CAD系统研制，河海大学硕士论文，2002。
[37] 黄志澄，数据可视化技术及其应用展望，http://www.Visualsky.com/viz.htm。