CAD技術(shù)在能源與動力方面的應(yīng)用

CAD技術(shù)在能源與動力方面的應(yīng)用摘要：本篇文章主要介紹了CAD技術(shù)在能源與動力方面的廣泛應(yīng)用，首先對CAD技術(shù)的發(fā)展作了簡要概述，然后對其在能源與動力方面的具體應(yīng)用作了解釋，具體應(yīng)用主要包括以下幾點(diǎn)：首先是換熱技術(shù)、風(fēng)能、水處理技術(shù)等能源方面，其次是在制冷空調(diào)、汽車動力等動力方面，最后是在仿真方面電力系統(tǒng)、原子能、石油、化工、冶金技術(shù)等能源方面的介紹，最后對CAD未來的前景做了闡述、得出結(jié)論。文章中難免會有許多不足之處，希望老師能夠幫助予以找出，同時也希望得到老師的寶貴意見，使我能夠加以改正，謝謝您。正文：隨著計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)已成為人們生活學(xué)習(xí)和工作必不可少的重要工具，近半個世紀(jì)以來，以計算機(jī)為基礎(chǔ)而發(fā)展起來的CAD技術(shù)應(yīng)用水平已成為一個國家工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，第一階段是20世紀(jì)60年代初~20世紀(jì)70年代初；第二階段是20世紀(jì)70年代初~20世紀(jì)80年代初；第三階段是20世紀(jì)80年代初~20世紀(jì)90年代初；第四階段是20世紀(jì)90年代以后，進(jìn)入21世紀(jì)，CAD技術(shù)無論是在能源或是動力以及各個領(lǐng)域方面，都已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。一、 CAD技術(shù)在換熱技術(shù)上的應(yīng)用目前，換熱設(shè)備系統(tǒng)領(lǐng)域已經(jīng)在很大范圍內(nèi)應(yīng)用了CAD技術(shù)。例如，在換熱設(shè)備的工藝計算，物性參數(shù)的檢索，大型參數(shù)的有限應(yīng)力分析，設(shè)備的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)備圖的繪制等方面，CAD技術(shù)均有涉及。尤其是設(shè)備的繪圖系統(tǒng)已成為如今機(jī)械CAD的研究開發(fā)重點(diǎn)，其中有代表性的是全國化工設(shè)備設(shè)計技術(shù)中心戰(zhàn)組織開發(fā)的化工設(shè)備CAD繪圖軟件包（簡稱PVCAD），在全國許多石油化工設(shè)備設(shè)計單位得到較廣泛的應(yīng)用。它的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1）二維圖繪制：二維繪圖是CAD技術(shù)最普遍最廣泛的應(yīng)用，用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工繪圖，提高了工作效率。2） 建立圖形及符號庫：在換熱設(shè)備裝配圖中涉及到大量的標(biāo)準(zhǔn)件，如法蘭、接管、換熱管封頭等，考慮到這些零部件有一定的國家標(biāo)準(zhǔn)可供遵循，因此在AutoCAD軟件中能夠開發(fā)一種可以直觀方便、快速準(zhǔn)確地繪制標(biāo)準(zhǔn)間圖形庫是很必要的。3） 參數(shù)化設(shè)計4） 三維造型：三維幾何造型技術(shù)能將物體的具體形狀及其屬性存儲在計算機(jī)內(nèi)，形成該物體的三維幾何造型。5） 設(shè)計文檔或生成報表6） 用于有限元建模與分析7） 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)8） 數(shù)據(jù)編程：用數(shù)據(jù)進(jìn)行程序的編輯與編譯，使有一個好的效果。二、 CAD技術(shù)在風(fēng)能方面的應(yīng)用眾所周知，風(fēng)能是一種清潔的可再生能源，隨著對環(huán)境保護(hù)、能源短缺等問題的日益關(guān)注，風(fēng)電行業(yè)已受到越來越多的重視，成為人們眼中的綠色行業(yè)。我國風(fēng)能資源豐富，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在野外長時間經(jīng)受各種極惡劣天氣和非常復(fù)雜的風(fēng)力交變載荷，其設(shè)計與生產(chǎn)涉及機(jī)械制造、電機(jī)、電控、空氣動力學(xué)、高分子材料以及液壓等多學(xué)科被創(chuàng)建的順序相關(guān)，其良好的設(shè)計、可靠的質(zhì)量和優(yōu)越的性能是保證風(fēng)電機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素，也是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點(diǎn)和難點(diǎn)。對主機(jī)架的要求有1）比重輕2）機(jī)械性能和疲勞強(qiáng)度較好3）便于制造和裝配4）能經(jīng)受暴風(fēng)等極端惡劣條件和隨機(jī)負(fù)荷等。隨著大容量風(fēng)力機(jī)的不斷出現(xiàn)使得主機(jī)架結(jié)構(gòu)朝著復(fù)雜化、大型化方向發(fā)展，同時風(fēng)力機(jī)上幾乎所有載荷都要通過主機(jī)架傳遞到塔架上，對于承受如此復(fù)雜載荷的部件其強(qiáng)度問題顯得尤為重要，一方面他不僅可以攪合結(jié)構(gòu)而且還會指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計、優(yōu)化結(jié)構(gòu)。隨著計算機(jī)及計算技術(shù)的飛速發(fā)展特別是適合于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的有限元分析技術(shù)的日臻成熟和成功應(yīng)用極大改變傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析方法，為此風(fēng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)如GL、DNV等均對部件強(qiáng)度問題有明確要求，對于主機(jī)架等類似的復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件推薦采用有限元方法對其進(jìn)行強(qiáng)度分析，有限元法越來越多地應(yīng)用于風(fēng)機(jī)部件強(qiáng)度分析中，主機(jī)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析采用三維有限元計算方法可以很好地處理復(fù)雜的幾何模型問題，在建立模型時不需做大量的簡化并且可按主機(jī)架的實際幾何特征建立模型，故計算機(jī)所得的結(jié)果能較好地反映實際問題，并能更詳細(xì)和準(zhǔn)確地反映真實應(yīng)力的分布從而得到不同位置的應(yīng)力和位移值，為疲勞計算提供載荷——應(yīng)力分布關(guān)系。最后確定最大應(yīng)力和最大疲勞損傷的確切位置，從而為主機(jī)架的強(qiáng)度攪合及改進(jìn)主機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù)。三、 CAD技術(shù)在水處理工程方面的應(yīng)用水是生命之源，對水資源進(jìn)行處理是我們國家勢在必行的路線。CAD技術(shù)對水資源進(jìn)行處理早就已經(jīng)應(yīng)用，由于我國“CAD應(yīng)用工程”普及、推廣較晚，加之水處理行業(yè)涉及面廣、流程復(fù)雜、非標(biāo)設(shè)備多、傳統(tǒng)觀念舊等諸多原因，使得CAD技術(shù)在水處理行業(yè)的應(yīng)用與其他行業(yè)相比，發(fā)展相對緩慢。隨著計算機(jī)軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，工程CAD技術(shù)在二維設(shè)計方面已經(jīng)成熟，它可以對水處理中的圖形進(jìn)行設(shè)計：1） 水處理工程圖：它主要包括水處理工程總平面圖、水處理高程圖、水處理構(gòu)筑物工藝圖及其詳圖等內(nèi)容。2） 建筑給水排水工程圖：它包括室內(nèi)給水排水總平面圖、安裝詳圖、管道連接圖等內(nèi)容。3） 室外給水排水工程圖：它包括室外給水排水平面圖、給水排水管道中斷面圖等內(nèi)容。對這些圖形進(jìn)行處理通常采用以下幾種方法：合:交互式繪圖技術(shù)；b:圖塊插入技術(shù)；c:模板圖制作技術(shù)；d：參數(shù)化繪圖技術(shù)。CAD技術(shù)在水資源方面的應(yīng)用使得我們對他有了一個全新的認(rèn)識，它帶給了我們巨大的方便快捷。四、 CAD技術(shù)在制冷空調(diào)中的應(yīng)用在我國，CAD技術(shù)已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的許多方面，大到機(jī)場、橋梁、高速公路、地鐵等工程項目和飛機(jī)、火車、汽車、船舶、火箭的設(shè)計，小到衣服、鞋、帽、玩具等，特別在科研部門，均采用CAD技術(shù)實現(xiàn)智能化和可視化的分析。隨著軟件的不斷開發(fā)，CAD技術(shù)在制冷空調(diào)中也得到了廣泛的應(yīng)用，如國內(nèi)的鴻業(yè)ACS系統(tǒng)、PKPMCPM系統(tǒng)、天正THvac系統(tǒng)，浩辰Inter-NT系統(tǒng)，國外的Hevacomp和CymapCADlink軟件等。CAD技術(shù)在制冷系統(tǒng)設(shè)計、零件繪制、大型制冷設(shè)備的設(shè)計選用、管路布局繪制、系統(tǒng)仿真與模擬等方面都十分方便。在空調(diào)行業(yè)，CAD技術(shù)的應(yīng)用主要有1）空調(diào)中各部件及系統(tǒng)的數(shù)值仿真。2）基于CFD（計算空氣動力學(xué)）的室內(nèi)氣流組織分析與設(shè)計。3）基于CFD的空調(diào)風(fēng)道設(shè)計。4）基于CFD的電子元器件散熱分析。5）空調(diào)系統(tǒng)各部件受力、傳熱的有限元分析與設(shè)計。6）圖形設(shè)計與數(shù)據(jù)庫查詢、管理等。因此，當(dāng)前常用的CAD系統(tǒng)及設(shè)計、繪圖、分析計算、仿真等為一體，設(shè)計人員只需坐在電腦前，充分發(fā)揮自己對產(chǎn)品的構(gòu)思，利用CAD系統(tǒng)設(shè)計產(chǎn)品模型，進(jìn)行分析計算，反復(fù)修改后，即可進(jìn)行對產(chǎn)品的仿真運(yùn)行，直至理想后輸出圖樣。CAD技術(shù)在未來對空調(diào)技術(shù)的推動作用將會更快，未來的CAD系統(tǒng)將向?qū)＜蚁到y(tǒng)與智能CAD系統(tǒng)方向發(fā)展，將人工智能技術(shù)和專家系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用于CAD系統(tǒng)中，提高了CAD系統(tǒng)的智能化水平和專業(yè)化水平，更加準(zhǔn)確高效地協(xié)助設(shè)計人員進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計。這種CAD系統(tǒng)必將產(chǎn)生豐碩的成果，是未來CAD系統(tǒng)的一個發(fā)展方向。五、CAD在汽車動力方面的應(yīng)用CAD技術(shù)在汽車模具方面是能夠生產(chǎn)出具有一定形狀和尺寸要求的零件的一種生產(chǎn)工具也就是通常人們所說的模子，模具生產(chǎn)具有高效、節(jié)材、成本低、保證質(zhì)量等一系列有點(diǎn)，CAD技術(shù)的應(yīng)用采用SolidWorks軟件建立主機(jī)架的三維CAD模型，并在Simulation模塊中進(jìn)行有限元分析與計算，由于Simulation模塊計算速度快，并且可以大量節(jié)省時間、縮短研發(fā)設(shè)計周期、提高產(chǎn)品的可靠性減少設(shè)計成本，改善主機(jī)架的靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度分析即用CAD軟件SolidWorks建模，用其CAE工具Simulation快速進(jìn)行初步有限元強(qiáng)度分析，可以很快得到優(yōu)化結(jié)果設(shè)計。CAD技術(shù)對汽車的發(fā)展起到了巨大的推動作用，并且快速、省力。仿真技術(shù)應(yīng)用：CAD技術(shù)與仿真實驗是不可分割的，它們二者對科技進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)發(fā)展有著不可估量的作用和意義，在CAD中進(jìn)行仿真，它可起到優(yōu)化設(shè)計和預(yù)測的功能，而且還有著經(jīng)濟(jì)、安全、快捷的優(yōu)點(diǎn)，它無論是在能源或是動力方面都有著一定的應(yīng)用。一、 CAD技術(shù)在電力方面的仿真應(yīng)用在我們這樣一個大國里，電能對我們國家是非常重要的，電力系統(tǒng)是最早采用仿真技術(shù)的領(lǐng)域之一。在電力系統(tǒng)負(fù)荷分配、瞬態(tài)穩(wěn)定性以及最優(yōu)潮流等方面，國內(nèi)較早地采用了數(shù)字仿真技術(shù)，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。在三峽水利工程的子項目一一大壩排沙系統(tǒng)工程設(shè)計中，設(shè)計人員也采用了物理仿真的方法，取得了較完善的研究成果。近年來，國內(nèi)在電站操作人員培訓(xùn)模擬系統(tǒng)的研制上，達(dá)到國際先進(jìn)水平，為仿真技術(shù)的應(yīng)用開辟了廣闊的前景。二、 CAD技術(shù)在原子能方面的應(yīng)用由于人員的日益緊張，原子能的和平利用在世界范圍內(nèi)為人們廣泛重視。隨著核反應(yīng)堆的尺寸與功率的不斷增加，使得整個原子能電站運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性與可靠性等問題成為必須要首要解決的問題。因此大部分核電站都建有相應(yīng)的仿真系統(tǒng)，許多仿真器是全尺寸的，即仿真系統(tǒng)與真實系統(tǒng)是完全一致的，只是對象部分，如：反應(yīng)堆、渦輪發(fā)電機(jī)及有關(guān)的動力裝置則使用計算機(jī)來模擬的。核電站仿真器用來訓(xùn)練操作人員以及研究異常故障的排除處理，對于保障系系統(tǒng)的安全運(yùn)行是十分重要的。目前，我國及世界各主要核技術(shù)先進(jìn)國家在這方面均建立了相當(dāng)規(guī)模的仿真實驗體系，并取得了可觀的成果。h>cad技術(shù)在石油、化工及冶金工業(yè)方面的應(yīng)用石油、化工生產(chǎn)過程中有一個顯著的特點(diǎn)就是過程緩慢，而且往往過程控制、生產(chǎn)管理、生產(chǎn)計劃、經(jīng)濟(jì)核算等攪在一起，使得綜合效益指標(biāo)難于預(yù)測與控制。因此仿真實驗成為石油、化工及冶金系統(tǒng)設(shè)計與分析研究的基本手段，仿真技術(shù)對這些領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步也不同程度地起到了促進(jìn)作用?？偨Y(jié)：CAD技術(shù)在能源與動力方面的應(yīng)用是遠(yuǎn)不只這些的，它涉及的范圍是非常廣的，它能夠?qū)⑽覀冞@個世界全部描繪在計算機(jī)內(nèi)，使我們可以去描繪擺在我們身邊的藍(lán)圖，讓我們親近自然不再成為遙不可及。相信未來CAD的發(fā)展將會更加輝煌，更上一層樓！參考文獻(xiàn)：1.董其勿一劉敏珊編著換熱設(shè)備cad系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)北京化學(xué)工業(yè)出版社2004.7暖通CAD工程繪圖與設(shè)計教程/邵長波主編—北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.8水處理工程CAD技術(shù)應(yīng)用及實例/楊松林主