1、 基于虚拟样机的袋式除尘器安全性能测试技术及应用研究 摘 要 面向物理样机传统的测试方法，是将设计样机做成物理样机后，再对物理样机的各项指标进行物理测试，通过测试查看各项测试指标是否合乎设计需求，若不符合则修改参数后，进行改进设计，再做出相应的物理样机，再进行测试，如此反复直至物理样机各项指标达标。这种传统的依赖物理样机的产品测试方法存在诸多局限，一是成本高，适应性差；二是测试滞后，跟不上新产品研发节拍；三是不能与数字化设计方法接轨，难以满足工业信息化要求。 2012 年制定的 十二五 规划（征求 意见稿）对于空气中固体颗粒的排放要求越来越 严格。袋式除尘器除尘效率高达 99.99%以上，而且
2、目前被广泛的应用于电力、制药、水泥、冶金、化工等行业。袋式除尘器滤袋破损，或主要构件例如花板、底座、支架、灰斗等钢结构的断裂、坍塌等，都会直接导致工厂停产、环境污染甚至人员伤亡等严重后果。而对袋式除尘器安全性能测试的研究，目前在国内外都很少。 为了解决上述问题，本论文研究了一种基于虚拟样机的产品数字化仿真测试方法，探讨面向袋式除尘器虚拟样机的虚拟测试技术及其应用。 首先，分析探讨了目前常用的三种虚拟测试方法 ，提出了基于虚拟样机的虚拟测试方法。并研究了虚拟测试系统中主要环节的实现技术，例如虚拟样机技术、计算机数值模拟技术、虚拟仪器技术等，构建了基于虚拟样机的虚拟测试系统。 其次，研究了袋式除尘
3、器的分类及其工作机理，并且针对袋式除尘器目前存在的安全隐患问题，结合基于虚拟样机的虚拟测试方法，提出了袋式除尘器安全性能测试方法。 在此基础上，利用 VC、 LabVIEW 软件开发了数字化虚拟测试平台，设计了滤袋安全性能测试模块，实现了主要的安全测试功能。 实际应用表明：面向先进袋式除尘器样机测试可借鉴解决滤袋、结构 等安全问题；面向现有装备出现问题测试可分析解决结构失效、关键部件寿命较短等要求问题；面向新研发产品的测试，能预防设计缺陷，判断设计方案合理性等。 关键词 ：数字化测试，虚拟测试，虚拟样机，安全性能，袋式除尘器， LabVIEW i BASED ON THE VIRTUAL PR
4、OTOTYPE THE BAG FILTER SECURITY PERFORMANCE TESTING AND APPLIED RESEARCH ABSTRACT Facing the physical prototype traditional testing method, is in designing prototype make into physical prototype, and then to physically test each index of the physical prototype, through the test to check whether the
5、testing indexes meet with the design requirements, if do not accord with the indexes and modification parameters, and then test and so on, and until the every index of the physical prototype meet with the design need. This kind of traditional depend on physical prototype testing method of products h
6、as many limitations. Firstly, the cost is high and adaptability is poor. Secondly, there is time lag of testing, and cannot keep up with new product development. Thirdly, it cannot connect with digital design method, and cannot meet the industry information requirements. Set the twelfth five plan (d
7、raft version) in 2012, to the solid particles in the air for the discharge of more and more strictly requirements. Bag filter dust removal efficiency is as high as 99.99 % above, and has been widely used in electrical power, pharmacy, cement, metallurgy, chemical industry, etc. Filter bags of bag fi
8、lter breakage, or the main components of bag filter such as flower board, base, supports, ash hopper etc. steel structure fracture and collapsed and so on, those will directly result in factory shutdown, environmental pollution and even casualties and serious consequences. Now at home and abroad the
9、 researches about bag filter security test are very few. In order to solve the above mentioned problems, this paper studies a kind of based on virtual prototype products digital simulation test method, and discusses facing the bag filter for virtual prototype virtual testing technology and its appli
10、cation. First of all, this paper discuss three kinds of virtual test methods in now commonly used, and put forward based on virtual prototype virtual testing method. And study the main part of virtual testing system, such as virtual prototype technology, computer numerical simulation technology, vir
11、tual instrument technology, etc. And construct virtual testing system that based on virtual prototype technology. ii Secondly, study the working mechanism and classification of the bag filter, and aim at the existing security concern problem of bag filter, combined with the virtual prototype virtual
12、 test method, put forward the bag filter safety testing method. On this basis, the use of VC, LabVIEW software build digital virtual test platform, design safely performance test module, realize the main security test function. The practical application showed that: facing to the advanced bag filter
13、 prototype test, and can use the experience of security question about bag filter and structure, etc. Facing to the existing equipment problems can analysis and solve structure failure and short life of the key components, etc. Facing to new design product test, can prevent defect of design and esti
14、mate reasonable of design plan. KEY WORDS: digital test, virtual test, virtual prototype, security capability, bag filter, labview iii iv 目录 摘 要 . I ABSTRACT . II 目录 . V 第一章 绪论 . 1 1 -1 课题背景及意义 . 1 1-1-1 课题提出 . 1 1-1-2 课题研究意义 . 2 1 -2 虚拟测试技术国内 外研究现状 . 2 1 -3 袋式除尘器目前存在的问题 . 5 1 -4 论文的研究思路 . . 7 1 -5
15、论文的研究内容及结构安排 . 7 第二章 虚拟测试理论研究 . 9 2 -1 虚拟测试概念 . . 9 2-1-1 虚拟测试技术概念辨析 . 9 2 -2 虚拟测试理论方法 . . 11 2-2-1 虚拟现实测试方法 . 11 2-2-2 虚拟仪器测试方法 . 13 2-2-3 虚拟样机测试方法 . 14 2 -3 虚拟测试系统 . 16 2-3-1 虚拟测试系统 . 16 2-3-2 虚拟测试系统的分类 . 16 2 -4 基于虚拟样机的虚拟测试方法及系统构成 . 17 2-4-1 基于虚拟样机的虚拟测试概念 . 17 2-4-2 基于虚拟样机的虚拟测试方法 . 18 2-4-3 基于虚拟样
16、机的虚拟测试系统的构成 . 19 2 -5 本章小结 . 20 第三章 基于虚拟样机的虚拟测试技术实现的关键技术研究 . 21 3 -1 虚拟样机技术 . 21 3-1-1 虚拟样机技术概念 . 21 3-1-2 虚拟样机的体系结构 . 21 3-1-3 虚拟样机关键技术 . 21 3-1-4 虚拟样机的软件工作环境 . 24 3-1-5 虚拟样机的分类 . 25 3 -2 虚拟测试系统中的数据采集技术 . 25 v 3 -3 基于虚拟样机的虚拟测试系统中的数据管理技术 . 26 3-3-1 虚拟测试系统中的数据处理技术 . 26 3-3-2 虚拟测试系统中的误差分析技术 . 27 3-3-3
17、 虚拟测试系统中的数据可视化技术 . 27 3-3-4 虚拟测试系统中的数据库技术 . 28 3 -4 虚拟仪器技术 . 29 3-4-1 虚拟仪器技术概念 . 29 3-4-2 层次结构 . 29 3-4-3 常用工具 . 30 3 -5 本 章小结 . 30 第四章 基于虚拟样机的袋式除尘器安全性能测试方法的研究 . 31 4 -1 袋式除尘器的结构组成及工作原理 . 32 4-1-1 袋式除 尘器的定义 . 32 4-1-2 袋式除尘器的类型 . 32 4-1-3 袋式除尘器的结构和工作原理 . 33 4-1-4 袋式除尘器除尘原理 . 34 4 -2 结构安全性能测试 . 37 4-2
18、-1 袋式除尘器结构失效形式 . 37 4-2-2 各构件的受力分析 . 38 4-2-3 结构安全性能测试方法 . 39 4 -3 滤袋安全性能测试 . 40 4-3-1 滤袋安全性能测试分类 . 40 4-3-2 滤袋安全性能测试方案 . 42 4 -4 本章小结 . 44 第五章 基于虚拟样机的袋式除尘器安全性能测试技术的应用 . 46 5 -1 袋式除尘器流场计算仿真及分析优化系统介绍 . 46 5-1-1 袋式除尘器流场计算仿真及分析优化系统介绍 . 46 5-1-2 袋式除尘器虚拟测试实现技术介绍 . 48 5-1-3 袋式除尘器喷吹 CFD 用到的喷吹管、文氏管介绍 . 49 5
19、 -2 袋式除尘器流场计算仿真计算过程 . 51 5-2-1 仿真计算操作过程 . 51 5-2-2 喷吹管数值模拟主界面基本介绍 . 54 5-2-3 仿真及优化系统的整机、袋室建 模及仿真计算过程 . 55 5 -3 袋式除尘器滤袋安全性能测试 . 60 5-3-1 滤袋安全性能测试模块的关键技术的实现 . 60 5-3-2 袋式除尘器滤袋安全性能测试说明 . 63 5 -4 袋式除尘器滤袋安全性能测试应用实例 . 70 5-4-1 基于虚拟样机的袋式除尘器数值模拟试验 . 70 5-4-2 Fluent 后处理 . 75 5-4-3 虚拟测试 . 79 5 -5 本章小结 . 83 第六
20、章 总结 . 84 vi 6-1 全文总结 . . 84 6-2 工作展望 . . 84 参考文献 . 86 致 谢 . 91 攻读学位期间所取得的相关科研成果 . 92 vii 符号说明 缩写词： VP Virtual Prototype，虚拟样机。 DVP Dynamic Virtual Prototype，动力学虚拟样机。 VT VTS VTB VTE Virtual Test 或 VTest 或 Virtual Testing，虚拟测试。 Virtual Test System，虚拟测试系统。 Virtual Test Bench 或 Virtual Test Bed，虚拟测试平台。
21、Virtual Environment，虚拟测试环境； Virtual Test Engneering，虚拟测试工 程。 VRVT VI VISA VR UUT ATE ATS TPS BIT VR-based Virtual Testing，基于虚拟现实的虚拟测试技术。 Virtual Instrument 或 Virtual Instrumentation，虚拟仪器。 Virtual Instrument Software Architecture，虚拟仪器软件结构。 Virtual Reality，虚拟现实。 Unit Under Test，单元 测试。 Automatic Test E
22、quipment，自动测试设备。 Automatic Test System，自动测试系统。 Test Program Set 测试程序集。 built-in test，内建自测试。 DUT Device Under Test，被测器件。 DIB Device Interface Board，器件接口板。 LabVIEW Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室虚拟仪器工程 工作平台。 MATLAB CFD CAD EDA TPSs PCB IC ECA NASA Matrix Laboratory，矩阵实验室。 Computational fluid dynamics，计算流体动力学。 Computer Aided Design，计算机辅助设计。 Electronic Circuit Automation，电路设计自动化。 Test Program Sets，测试程序设备。 Printed Circuit Board，印制电路板。 Integrated Circuit，集成电路 。 E
