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地下洞室群施工通风网络实时仿真计算与可视化研究

作　者: 魏辰
导　师: 张社荣
学　校: 天津大学
专　业: 水工结构工程
关键词: 地下洞室群施工通风通风网络分析仿真可视化 C#开发
分类号: TV554
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

地下洞室群施工通风是水利水电施工中是不容忽视的技术难题。水电站地下厂房洞室群通风系统是一个复杂的动态系统，洞室群中各通路的风流方向的判断、风量的分配、通风参数的界定、风机的配置等问题均属于整个通风系统研究的重点。本文在地下洞室群施工期通风设计过程中引入通风网络理论，在此基础上开发通风网络仿真系统，用以实时的掌握地下洞室群施工通风状况，并通过可视化技术将仿真数据以图形、图像及动画进行直观表达，使施工人员方便地在设计阶段观察地下洞室群施工通风的现象和规律。本文的研究成果主要有以下四个方面：1、基于通风网络风流规律和图论理论知识为依据，建立了节点流量平衡模型、回路风压平衡模型、通风阻力计算模型、风机特性曲线模型以及自然风压计算模型等适应水电站地下洞室群施工通风特点的通风网络数学模型。2、研究了地下洞室群施工期通风实时仿真的主要流程及其实现方法，为施工通风的实时仿真解算奠定基础。选择适合大规模地下洞室群通风网络实时仿真，且具有收敛速度快、结果可靠等优点的斯考特-恒斯雷迭代解算方法，详细探讨了斯考特-恒斯雷迭代法的算法过程；通过分析施工通风网络仿真计算的实际需求，提出了实时仿真数据的管理方法；结合实时仿真技术提出了供工程参考的调节措施。3、研究了实现地下洞室群三维可视化和通风风流动态可视化的关键技术，建立了通风网络可视化系统的框架，并运用三维模型的动态变换和粒子系统，基于C#平台和OpenGL，实现了以网络解算算法为核心的通风网络实时仿真系统。并对仿真系统计算结果的可靠性进行了数学方法的对比验证。4、基于开发的通风网络仿真可视化系统对某工程地下洞室群施工期通风方案进行仿真计算和分析，提出了机械通风方案和自然通风方案的适用条件，并针对通风不满足施工要求的工况提出了相应的工程措施。依照以上思想所开发的地下洞室群施工通风网络实时仿真计算可视化系统是水利水电行业中有意义的一次尝试，也为今后的地下洞室群施工通风仿真系统的研究和发展提供了具有借鉴和指导意义的方法和思路。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-13
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 研究现状  9-12
    1.2.1 地下洞室群施工期通风研究现状  9-11
    1.2.2 水利工程可视化技术研究现状  11-12
  1.3 本文主要研究内容  12-13
第二章通风网络仿真计算基本理论  13-21
  2.1 图论基本理论  13-14
  2.2 通风网络风流流动基本规律  14-15
  2.3 通风网络计算模型  15-19
  2.4 本章小结  19-21
第三章地下洞室群施工通风网络实时仿真计算  21-32
  3.1 通风网络实时仿真方法  21-22
  3.2 通风网络实时数据  22-26
    3.2.1 数据需求分析  22-23
    3.2.2 实时数据的管理  23-24
    3.2.3 通风基础数据表的创建  24-26
  3.3 通风网络实时仿真计算  26-30
    3.3.1 斯考特-恒斯雷迭代法  26-27
    3.3.2 通风网络实时仿真计算步骤  27-30
  3.4 实时仿真与调节技术的结合  30-31
  3.5 本章小结  31-32
第四章基于 OpenGL 的通风网络实时仿真可视化  32-47
  4.1 通风网络实时仿真可视化系统简介  32-37
    4.1.1 系统开发目标  32
    4.1.2 系统开发原则  32-33
    4.1.3 系统开发工具  33-34
    4.1.4 系统开发框架  34-37
  4.2 系统界面设计  37-41
    4.2.1 系统管理控制主界面  37-38
    4.2.2 系统菜单栏功能  38-41
  4.3 可视化系统关键技术研究  41-44
    4.3.1 地下洞室群三维可视化  41-42
    4.3.2 地下洞室群施工通风风流动态可视化  42-44
  4.4 施工通风网络实时仿真计算验证  44-46
  4.5 本章小结  46-47
第五章地下洞室群施工通风网络实时仿真系统应用  47-63
  5.1 工程简介  47-48
  5.2 施工期通风设计方案  48-50
  5.3 通风竖井施工通风影响因素分析  50-61
    5.3.1 初始条件  50-55
    5.3.2 洞室内外温差对自然通风的影响  55-57
    5.3.3 通风方式对通风效果的影响  57-58
    5.3.4 通风竖井断面积对通风效果的影响  58-60
    5.3.5 辅助措施对通风效果的影响  60-61
  5.4 本章小结  61-63
第六章结论与展望  63-66
  6.1 结论  63-64
  6.2 展望  64-66
参考文献  66-69
研究生期间科研情况说明  69-70
致谢  70

地下洞室群施工通风网络实时仿真计算与可视化研究

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