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北大核心 CSTPCD CSCD AJ CA CBST SA
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摘要:为实现管道内壁腐蚀的全周向在线监测并提高测量精度,在传统电阻法的基础上提出一种基于双环电阻探针的腐蚀监测方法.双环电阻探针解决了由于几何限制和管道内外壁温差所带来的测量误差.通过对双环探针进行多象限分区,求解各分区的电阻比值,实现了管道全方位的在线腐蚀监测.通过双环探针可以同时实现对管道内外壁的温差计算与实时监测,为湿蒸汽管道冷凝液膜的形成起到预报作用.基于以上研究基础,在实验室X65模拟管路中,分别布置四象限分区双环电阻传感器、传统丝状电阻传感器和高精度热电偶对管道的腐蚀和内外壁温差进行实时监测.试验结果表明:基于新型双环探针的管道内壁腐蚀监测方法,可以完成管道内外壁温差和局部分区腐蚀状态的在线监测,并在腐蚀深度和腐蚀速率的测量上比传统丝状电阻探针具有更高的监测精度....
[博士论文] 涂三山
船舶与海洋结构物设计制造 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:阴极保护在海洋工程结构物防腐方面起着至关重要的作用,随着计算机硬件和数值模拟技术的迅猛发展,数值模拟在阴极保护设计和状态评估中的应用日趋增加。阴极保护问题的控制方程为Laplace方程,目前主要使用边界元法(Boundary Element Method,BEM)进行求解,然而,近年来海洋结构物的尺寸和规模越来越大,使用边界元法模拟计算大规模模型,需要消耗大量内存且非常耗时。无单元法经过几十年的发展,理论上已经比较成熟,已经成功应用于流体力学、热力学和弹性力学等诸多物理问题,并取得了较好的应用效果。大多数无单元法的计算精度高于有限元和BEM等常规方法,可以使用较少的节点获得较高的计算精度。边界点法(Boundary Node Method,BNM)和边界面法(Boundary Face Method,BFM)是边界型无单元法,理论框架与BEM相同,都基于边界积分方程(Boundary Integral Equation,BIE),也具有建模简单和计算模型易于修改的特点。将BNM和BFM等无单元法应用于阴极保护数值模拟,就可以在达到相同计算精度的情况下,使用比BEM更少的节点,从而降低对计算机内存的需求。
  本文的主要任务是对无单元法的基本原理进行研究,建立基于无单元法的阴极保护数值模拟方法并开发出相应的软件系统。为了完成这一任务开展了以下工作:
  对无单元法中的移动最小二乘法和移动Kriging插值(Moving Kriging Interpolation,MKI)等函数逼近方法进行了研究,提出了基于复变量的MKI方法,该方法可以用于二维边界型和域内型无单元法中构造形函数,数值算例表明该方法可以提高数值计算精度和效率。对MKI的稳定性进行了分析,并利用偏移和缩放的多项式基函数提出了稳定化的MKI(Stabilized MKI,SMKI)方法,数值算例表明SMKI比MKI具有更高的计算精度和稳定性。
  建立了基于BFM的阴极保护数值模拟方法,给出了曲边三角形上的积分方案和多种电解质中使用BFM进行数值模拟的解决方案。使用两个一般位势问题算例,对方法进行了测试,测试结果表明BFM的计算精度显著高于BEM。然后使用该方法对海底管道、沙漏型浮式生产储油系统(Floating Production Storage and Offloading System,FPSO)和张力腿平台(Tension-Leg Platform,TLP)的阴极保护问题进行了数值模拟,并与BEM的模拟结果进行了对比,对比发现:在使用相同数量的节点时,BFM的计算精度高于BEM;在达到相同的计算精度时,BFM的计算效率在大多数情况下高于BEM。
  为了使上述研究成果更方便地用于实际工程问题,开发了具有多个功能模块的阴极保护数值模拟软件系统。使用C#编程语言和OpenGL开发了软件系统可视化显示模块,可以显示网格模型、几何模型和结果云图,可以进行平移、旋转、缩放和模型拾取等操作,还可以设置阴极保护数值模拟相关参数。开发了以非均匀有理B样条为数据基础的几何数据表达模块,以IGES文件为数据接口,实现了几何模型信息从商业建模软件到本文软件系统的导入。开发了基于超限插值和前沿推进法的网格剖分模块,为计算模块提供节点和积分背景网格。利用基于BFM的阴极保护数值模拟方法开发计算模块,结合软件其他模块,可以方便高效地对海洋结构物阴极保护问题进行数值模拟。
[硕士论文] 涂三山
船舶与海洋结构物设计制造 大连理工大学 2014(学位年度)
摘要:随着计算机技术和数值仿真方法的不断发展,国内各高校和研究机构在各个领域的数值仿真方面都取得了很多进展,形成了很多成熟的数值仿真计算程序,为科学研究工作做出了重要贡献。然而,目前国内的大多数数值仿真软件并不完整,只有数值仿真计算模块,前处理和后处理都需要借助其他软件,使用起来比较繁琐,需要很深的专业背景知识,软件的计算模块只注重功能实现而忽略的计算性能,这样就限制了国内数值仿真软件的推广和进一步发展。因此开展数值仿真前后处理可视化研究和高性能计算方法研究具有重大意义。
  本文主要针阴极保护数值仿真的边界元模型的前后处理和高性能计算问题,论述如何以面向对象的软件开发思想,开发一套阴极保护可视化化前后处理软件模块和阴极保护数值仿真高性能计算模块。对Direct3D三维显示应用程序的体系架构、程序基本结构、渲染流水线进行了介绍,并对Dirct3D与OpenGL进行了对比,主要介绍了Direct3D相对于OpenGL的优点。目前在数值仿真可视化中,与OpenGL相比,Direct3D的应用相对较少,因此本文利用Direct3D进行边界元数值仿真可视化研究是一种新的探索。可视化模块借助微软Direct3D三维图形编程接口,使用C#编程语言在.NetFramework4.0环境下开发。可视化软件模块可以快速准确地读写边界元模型文件和仿真结果数据文件,并实现了光照模型显示、网格模型显示、三维变换操作、单元和区域拾取、单元属性赋值、阳极自动化建模、管道参数化建模、保护电位和保护电流密度云图显示等功能。对阴极保护边界元数值仿真的域内控制方程,边界积分方程的推导、边界积分的离散和边界条件的类型进行了介绍。对于边界元数值仿真中生成的大规模非对称非稀疏系数矩阵,其生成、读写和求解耗时都很长,计算效率较低,因此对阴极保护数值仿真高性能计算方法进行研究十分必要。本文基于.NET4.0开发环境,利用C群编程语言和Lapack矩阵运算函数实现了阴极保护数值仿真的系数矩阵并行生成、大规模矩阵存储、大文件快速读写、大规模线性方程组快速求解,显著提高了阴极保护数值仿真的计算效率。
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