（机械电子工程专业论文）燃油燃烧器cad系统开发研究.pdf

济i 色人学硕f 学f z 论文 摘要 通过对燃油雾化理论的研究，本文利用建模与流体仿真技术，对燃油燃烧器雾化 过程进行了数值模拟研究。对基于模型的参数化设计的原理和方法、开发平台和工具 的选择以及c a d 系统的开发方法和要求进行了深入的探讨和研究。在此基础上，运 用设计参数化、功能模块化技术，选用p r o e n g i n e e r 软件作为二次开发平台，利用 p r o t o o l k i t 、p r o p r o g r a m 、v i s u a lc + + 、a c c e s s 为主要开发工具，开发出了燃油 燃烧器的c a d 系统。 在雾化仿真研究过程中，利用p r o e n g i n e e r 建立燃油燃烧器的仿真模型，在 a n s y sw o r k b e n c h 下进行网格划分，使用c f x 5 7 大型仿真软件包，对燃油燃烧器 进行了雾化仿真。通过静止空气中的雾化研究得出：喷油口孔径增大，雾化锥角增大； 喷油口孔长度减小，雾化锥角增大。研究了配风对雾化锥的影响，配风状态下雾化锥 被拉长，并且其拉长程度受燃烧器内直流风所占的比例影响。直流风量增大，雾化锥 被拉长，火焰变得细长；直流风量减小，雾化锥的长度被缩短，火焰变得粗短。燃烧 器的应用场合不同，要求不同的雾化锥角，用户可以根据需要选择合理的设计参数。 雾化仿真能够及时有效的评价设计、指导设计。 在系统开发过程中，根据c a d 二次开发的要求和特点，选取p r o e n g i n e e r 软件 作为二次开发平台，v i s u a lc + + 6 0 为开发工具，构建了燃油燃烧器的c a d 系统整体 构架；以燃油燃烧器雾化片为例，详细介绍了燃油燃烧器机械结构系统( 包括机体、 油枪及配风组件) 的参数化设计和装配过程：采用基于横型的参数化设计方法，手工 建立零件模型样板，将零件模型参数化，即提取零件模型的关键尺寸作为可以变化的 参数，将所有需要修改的参数按顺序生成数据文件，以p r o p r o g r a m 读入，通过开发 p r o t o o l k i t 应用程序控制参数驱动，实现燃烧器零件的参数化建模；参数化后的 零件根据相应的数据进行更新、再生，从而自动装配成要求的产品。利用v c + + 中的 m f c 资源和编写p r o t o o l k i tu i 对话框资源文件相结合的方式，开发了系统的友 好的用户交互界面，实现了对话框和参数间的交互。 研究了p r o e n g i n e e r 与a c c e s s 数据库的接口技术。通过建立了燃烧器的编码机 制，运用a c c e s s 数据库建立了燃烧器数据库表，利用v c 的+ m f co d b c 技术对 a c c e s s 数据库进行连接访问，实现了p r o e 软件与燃烧器产品数据库的交互。 v 燃油燃烧器( 、a d 系统开发研究 本文开发的燃油燃烧器c a d 系统，提高了燃油燃烧器设计的自动化程度，为燃 油燃烧器的设计及性能评价提供了一种快捷的软件平台。 关键词：燃油燃烧器；c a d ；雾化仿真；p r o e n g i n e e r ：二次开发 v i a b s t r a c t t h ef l u i dm o d e l i n ga n ds i m u l a t i o nt e c h n o l o g i e sa r eu s e dt os i m u l a t et h ea t o m i z a t i o n p r o c e s so fo i l c o m b u s t o ri nt h ea r t i c l e ，t h r o u g hs t u d y i n gt h et h e o r yo ff u e la t o m i z a t i o n t h em o d e l b a s e dp a r a m e t e r i z e dd e s i g np r i n c i p l e ，s e l e c t i o no ft h ed e v e l o p m e n tp l a t f o r m s a n dt o o l sa sw e l la st h ed e v e l o p m e n tm e t h o d sa n dr e q u i r e m e n t so fc a ds y s t e ma r e e x p l o r e da n dr e s e a r c h e di n d e p t h o nt h i sb a s i s ，a c c o r d i n gt ou s i n gp a r a m e t e r i z e dd e s i g n a n df u n c t i o n a lm o d u l a r i z a t i o nt e c h n o l o g i e s ，s e l e c t i n gp r o e n g i n e e r s o f t w a r ea st h e s e c o n d a r yd e v e l o p m e n tp l a t f o r ma n dp r o t o o l k i t , p r o p r o g r a m ，v i s u a lc + + ，a c c e s s a st h ed e v e l o p m e n tt o o l s ，t h ec a ds y s t e mo fo i l c o m b u s t o ri sd e v e l o p e d d u r i n gt h e s i m u l a t i o no fa t o m i z a t i o np r o c e s s ，t h e s i m u l a t i o nm o d e lo ft h e o i l c o m b u s t o ri se s t a b l i s h e du s i n gp r o e n g i n e e rs o f t w a r e a n dm e s h e di na n s y s w r o r k b e n c h a n dt h ea t o m i z a t i o np r o c e s si s s i m u l a t e dt h r o u g hc f x - 5 7l a r g e - s c a l e s o f t w a r ep a c k a g e t h r o u g ht h er e s e a r c ho na t o m i z a t i o na tt h es t i l la t m o s p h e r e ，t h ea r t i c a l e c o n c l u d e s ：t h ea p e r t u r eo fa t o m i z i n gn o z z l ei n c r e a s e s ，t h ea t o m i z i n gc o n ea n g l ei n c r e a s e s ； t h el e n t ho ft h eo r i f i c eo fa t o m i z i n gn o z z l ed i m i n i s h e s ，t h ea t o m i z i n gc o n ea n g l ee n l a r g e s t h e i m p a c to nt h ea t o m i z i n g c o n ew i t ht h ew i n di ss t u d i e d ，a n dt h ea r t i c a l ec o n c l u d e s ：t h e a t o m i z i n gc o n ei se l o n g a t e dw i t ht h ew i n d ，b e s i d e s ，t h ee x t e n to f i t se l o n g a t ei si n f l u e n c e d b yt h ep r o p o r t i o no ft h ed i r e c tw i n do ft h ec o m b u s t o r w h e nt h eq u a n t i t yo f d i r e c tw i n d i n c r e a s e s ：t h ea t o m i z i n gc o n ei se l o n g 皱e d ，2 n d 吐赡q 2 m eb e c 。m e ss ! i g h x ；- 1 , h ；l o t h e q u a n t i t yo fd i r e c tw i n dd e c r e a s e s ，t h el e n t ho fa t o m i z i n gc o n e i ss h o r t e n e d ，a n dt h ef l a m e b e c o m e sb l u n t t h ea p p l i c a t i o n so fd i f f e r e n to c c a s i o nr e q u i r ed i f f e r e n ta t o m i z i n gc o n e a n g l e ，a n dt h eu s e rc a ns e l e c ta r e a s o n a b l ed e s i g np a r a m e t e r s a t o m i z i n gs i m u l a t i o nc a n e v a l u a t ea n dg u i d et h ed e s i g nt i m e l ya n de f f e c t i v e l y d u r i n gt h es y s t e md e v e l o p m e n tp r o c e s s ，i na c c o r d a n c ew i t ht h er e q u i r e m e n t sa n d f e a t u r e so ft h es e c o n d a r yd e v e l o p m e n to fc a d ，t h ep r o e n g i n e e rs o f t w a r ei ss e l e c t e da sa s e c o n d a r yd e v e l o p m e n tp l a t f o r m ，t h ev i s u a lc + + 6 0 a sd e v e l o p m e n tt o o l s ，a n dt h ew h o l e f r a m e w o r ko fo i l c o m b u s t o rc a ds y s t e mi sb u i l t ；t a k i n gt h ea t o m i z e ro f t h eo i l c o m b u s t o r a sa ne x a m p l e ，t h ep r o c e s so ft h ep a r a m e t r i cd e s i g na n da s s e m b l yo fo i l c o m b u s t o r , v i l 燃油燃烧器c a d 系统开发研究 e s p e c i a l l yt h em e c h e n i c a lc o m p o n e n t s ( i n c l u d i n gt h es h e l l ，o i ls p r a y i n gp i s t o l a n da i r d i s t r i b u t i o ns u b a s s e m b l y ) ，i si n t r o d u c e di nd e t a i li nt h ea r t i c l e ：f i r s t ，u s i n gm o d e l - b a s e d p a r a m e t r i cd e s i g nm e t h o d st os e tu pt h ep a r t s m o d e lm a n u a l l y ；t h e n ，m a k i n gt h ep a r t s m o d e lp a r a m e t e r i z e dt h r o u g he x t r a c t i n gt h ek e yd i m e n s i o no fp a r t s m o d e l8 5c h a n g e a b l e p a r a m e t e r ；a n dt h e n ，m a k i n ga l lt h ep a r a m e t e r st h a ti sn e e d e dt ob em o d i f i e dg e n e r a t ed a t a f i l e so r d i n a l l ya n du s i n gp r o p r o g r a mt or e a di na l lt h ek e yp a r a m e t e r s ；f i n a l l y , t h e o i l - c o m b u s t o rp a r t sp a r a m e t r i cm o d e l i n ga r er e a l i z e dt h r o u g hd e v e l o p i n gp r o t o o l k i t a p p l i c a t i o np r o g r a m ，w h i c hc o n t r o lt h ep a r a m e t e r sd r i v e n ；t h ep a r t sa f t e rp a r a m e t e r i z e d c a n u p d a t ea n dr e g e n e r a t ei n a c c o r d a n c ew i t hc o r r e s p o n d i n gd a t a , a n da s s e m b l et or e q u i r e d p r o d u c ta u t o m a t i c a l l y t h ef r i e n d l yu s e ri n t e r f a c eo ft h es y s t e mi sd e v e l o p e d ，u s i n gt h e f a s h i o no fc o m p i l i n gm f cr e s o u r c e so fv c + + c o m b i n e dw i t hu id i a l o gb o xr e s o u r c e so f p r o t o o l k i t , w h i c hm a k e st h ea l t e r n a t i o nb e t w e e nt h ed i a l o gb o xa n dp a r a m e t e r sc o m e t u r e t h ei n t e r f a c et e c h n o l o g yb e t w e e nt h ep r o e n g i n e e ra n dt h ea c c e s sd a t a b a s ei s s t u d i e d a c c o r d i n gt oe s t a b l i s h i n gt h ec o d i n gm e c h a n i s mo ft h ec o m b u s t o r , ad a t a b a s e t a b l ei se s t e du pb ya c c e s sd a t a b a s e t h ei n t e r a c t i o nb e t w e e np r o e n g i n e e ra n d a c c e s si sr e a l i z e db yc o n n e c t i n ga n da c c e s s i n gt h ea c c e s sd a t a b a s e ，u s i n gt h em f c o d b ct e c h n o l o g yo fv c t h eo i l - c o m b u s t o rc a ds y s t e md e v e l o p e di n t h i sp a p e r , i m p r o v i n gt h ed e g r e eo f a u t o m a t i cd e s i g no ft h eo i l - c o m b u s t o ra n dp r o v i d e sas h o r t c u t i n gs o f t w a r ep l a t f o r mo f o i l c o m b u s t o r sd e s i g na n dp e r f o r m a n c ee v a l u a t i o n k e yw o r d s ：0 i l - c o m b u s t o r ；c a d ；a t o m i z a t i o ns i m u l a t i o n ；p r o e n g i n e e r ；f u r t h e r d e v e l o p m e n t v 1 1 1 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的 研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名 日期： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解济南大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借鉴；本人授权济南大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签导师签名：弛日期： 济南人硕j 警f 节论文 1 1 引言 第一章概述 我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，长期以来在能源利用方面大多以煤作 为主要燃料【l 司。但是，燃煤会产生大量含有较大颗粒悬浮( 灰分) 的烟尘，大量的s 0 2 、 c 0 2 和n o x 气体，给周围环境带来极大的污染。另外，由于煤体本身的特性，在运 输和储藏过程中，也会造成污染。随着国际上普遍对环境保护的日益重视，我国对于 能源消费的结构有所调整，燃料结构出现多元化，燃料中燃油所占比例逐渐增加。与 煤相比，燃油具有燃烧迅速、完全、低污染，热效率高等优点，燃油锅炉开始在我国 得到发展应用。2 0 世纪8 0 年代后期，我国的大部分大型、中型城市均已逐步开始使 用燃油锅炉。因此，燃油锅炉逐步取代传统的燃煤锅炉将成为必然的发展趋势。燃烧 器作为各种工业锅炉和工业窑炉的关键设备，它集风机、电磁阀、控制器、点火器、 火焰监测器及安全装置于一体，能以最简单、最紧凑的结构发挥满意的燃烧效果【4 - 6 1 。 燃烧器是用来提供热源的装置。按使用燃料的不同，燃烧器可以分为固体燃烧器 ( 如燃煤燃烧器) 、液体燃烧器( 如燃油燃烧器) 和气体燃烧器( 如燃气燃烧器) 三 种【5 】。液体燃料燃烧装置是燃烧各种燃油( 如轻油、重油等) 的燃烧器，燃油燃烧器 由喷油部分( 雾化器) 、调风器部分、点火及稳燃装置、电气系统和电机及伺服马达等 构成，是把燃油输送及雾化装置与调风装置通过电路组合在一起的设备。它除了能保 证较好供给锅炉燃料并使之完全燃烧外，还设有自动控制、报警及保护装置。燃油燃 烧器具有燃烧效率高、环境效益好、工作安全可靠、自动控制水平高等优点【7 ，8 】。目 前，国内燃油燃烧器种类繁多，没有出台该类产品的国家标准，使其在生产过程中不 能批量生产。此外，传统的设计手段不便于迅速快捷的改进设计，产品开发周期长。 因此，需要开发一种燃油燃烧器专门的c a d 系统来解决这些问题。 1 2 国内外相关研究现状 1 2 1 国内外g a d 技术发展概况 c a d 技术最早起步于2 0 世纪5 0 年代，在1 9 5 0 年，麻省理工学院研制出可以显 示简单图形的图形设备；1 9 6 3 年美国m i t 教授i e s u t h e r l a n d 成功研制了世界上 第一套实时交互的计算机图形系统s k e t c h p a d 9 】；n t7 0 年代初期，c a d 进入了 l 燃；l h 燃烧器c a d 系统开发研究 早期实用阶段，这一阶段的标志是1 9 7 0 年美国a p p l i c o n 公司第一个推出完整的c a d 系统【1 0 】；此后，c a d 技术迅速发展并先后经历了四次技术革命：曲面造型技术、实 体造型技术、参数化技术以及变量化技术1 1 1 , 1 2 。 2 0 世纪7 0 年代，c a d 的主要技术特点是自由曲线曲面生成算法和表面造型理论。 在这一阶段，c a d 开始实用化，由简单的二维电路设计发展到三维飞机、轮船、汽 车等高级设计。期间法国人提出了贝塞尔算法，使人们用计算机处理曲线与曲面问题 变得可行，使得法国达索飞机制造公司的开发者们推出了三维曲面造型系统设计软件 c a t i a 。 2 0 世纪8 0 年代，c a d 的主要技术特征是实体造型理论和几何建模方法。由于实 体造型技术能够精确表达零件的全部属性，它因此被认为是新一代c a d 系统在技术 上的突破性进展。这期间的典型代表是s d r c 公司于1 9 7 9 年第一次发布的c a d c a e 二 软件i d e a s 。 到了2 0 世纪9 0 年代，参数化造型理论日趋成熟，形成了基于特征的实体造型技 术，这一关键技术也为建立产品的信息模型奠定了基础。其中以p t c 公司的 p r o e n g i n e e r 最为典型。 以s d r c 公司推出的i - d e a sm a s t e rs e r i e s 软件为代表的变量化造型技术代表着 c a d 的将来发展方向。变量化造型技术是在参数化造型技术的基础上改进后提出的 一种新的设计思想。 9 0 年代后期，随着c a d 技术的发展、系统性能提高和价格的降低，c a d 技术 开始在设计领域全面普及，成为必不可少的设计工具。 我国c a d 技术的发展和应用起步于2 0 世纪7 0 年代，由于受到当时计算机硬、 软件条件的限制，较多的是采用计算机进行一些产品设计中的分析计算；进入2 0 世 纪8 0 年代，国家开始在机械c a d 技术开发与应用方面进行重点投资，支持对国民经 ， ， 济有影响的重点机械产品c a d 的开发和研制，并取得了一系列在国内来说具有开创 性的成果；到了2 0 世纪9 0 年代，随着p c 机的性能价格比大幅度提高，我国c a d 技术开发与应用也进入了集成系统的推广阶段；步入2 1 世纪后，各类c a d 系统的研 制开发出现了商品化、产业化的势头。国内已初步形成了二维c a d 商品化软件市场， 一些企业通过引进c a d 系统，切实取得了较好的效益【1 3 , 1 4 】。在二维软件方面，国产 c a d 软件主要有两个发展方向：一是自主平台的c a d 软件：二是基于国外优秀平台 软件的二次开发软件( 主要是基于a u t o c a d ) 。这两方面的应用软件基本上占领了国 2 济南人2 硕 j 学位论文 内绝大部分的二维应用软件市场。但是，由于我国c a d 技术起步时间晚和应用经验 的缺少，在三维软件方面，国产三维c a d 软件在功能和实用性方面与国外相比相差 还很大。到目前为止，国内c a d 技术的应用己逐步进入高级阶段，许多用户都针对 本行业的特点对c a d 软件进行二次开发，c a d 二次开发技术几乎在各个行业中都有 应用实例，并已有许多商品化软件问世【1 5 郴】。 但是整体看来，国外软件出现得较早，开发和应用的时间也较长，所以它们发展 比较成熟，现在基本上己经占领了国际市场。我国c a d 软件不管是从产品开发水平 还是从商品化、市场化程度来说，仍与国外发达国家存在不小的差距。 1 2 2 燃油燃烧器的国内外研究现状 燃烧器从开始使用发展到现在的多样化形式，经过了漫长的历程。从早期熔炉简 单装配的几套空气与燃气开口，到后来的预混燃烧器，再到后来类似的喷嘴混合燃烧 器，和现在为满足不同需求而产生的特种燃烧器，燃烧器在理论及结构上都发生了深 刻的变化，很大程度上促进了现代工业的发展。 自预混式燃烧器产生以后，到了2 0 世纪2 0 年代早期，有几款喷嘴混合燃烧器开 始了商业销售。二次世界大战和朝鲜战争促使新金属与新材料得到发展。与此同时， 工业热循环逐步被人们所认识，得出了燃烧器要在比以前更宽泛的燃料空气比例下工 作的设计要求( 特别是空气过剩的情况下) ，为以后燃烧器的改进设计提供了理论依 据；到了2 0 世纪6 0 年代，高速或者高动量燃烧器开始出现。这种燃烧器相当于在一 个鼓风式燃烧器的出口处增设一个带有烟气喷嘴的燃烧室；到了2 0 世纪8 0 年代，大 部分工业操作的灵活性和传热需要得到了满足。但是，燃烧器设t 与发展新出现了新 的挑战减少n o x 的排放。许多支持高燃烧效率、低一氧化碳及烃类排放的燃烧 器都会提高n o x 的排放级别。目前，国内外已采用的多种新型低n o x 燃烧器，其抑 制原理大都是采用促进混合，烟气再循环，阶段燃烧，浓淡燃烧以及它们的组合形式 【1 9 】 o 1 8 8 0 年第一台燃油燃烧器问世，此后人们直在寻求解决燃烧不稳定、燃烧不 充分的方法，致力于消除燃烧中的结焦、积碳、爆燃、冒黑烟等现象。通过对燃油的 燃烧过程进行大量深入细致的研究，得出结论：燃烧质量取决于燃油的雾化质量和油 滴群与空气的混合程度f 2 0 , 2 1 】。之后，对雾化技术与配风技术进行了大量研究，目前配 风技术已趋于成熟，雾化技术还在不断的发展。雾化过程的物理本质是：要使燃油雾 燃油燃烧器( a d 系统开发研究 化，必须先将燃料油扩展成很薄的液膜或很细的射流，然后利用各种扰动，或在运动 中由于动力的作用，使液膜或射流失稳，进而碎裂成丝条和大的液滴，最后破碎成小 液滴【2 2 。2 钔。由于雾化过程的复杂性，依赖于诸如流体力学、气体动力学、两相流体动 力学和数值方法等学科的发展，2 0 世纪8 0 年代之前，对雾化的研究局限于基于射流 的雾化理论，燃油的雾化过程要克服油的粘度与表面张力，基于这种雾化理论的燃烧 器，燃烧质量受到重油粘度的制约；1 9 8 6 年国际著名的喷雾燃烧专家a h l e f e b r v e 与j s c h i n 共同提出了专门用来雾化高粘度液体燃料的气泡雾化燃烧器的设想，它 是利用泡沫两相流在离开喷口时气泡迅速膨胀，使之爆裂，利用气泡的爆破能使液体 破碎雾化，基于气泡破裂的雾化过程只需克服燃油的表面张力，不受粘度的影响【2 5 , 2 6 。 2 0 世纪9 0 年代，出现了基于气泡雾化理论的燃烧器【2 7 】。此后，出现了现在为满足不 同需求的特种燃烧器。 国外对燃油应用技术，包括工业燃烧器的研究已有相当长的时间，对燃烧器的理 论研究和计算机仿真已经比较深入，而且从事燃烧器生产的专业厂家( 如德国、意大 利、日本等国家的企业) ，凭其在这一领域取得的丰富经验，同时拥有科学的生产管 理和先进的技术装备，较强的规模和技术优势，使得其产品具有可靠的质量、优异的 性能、完善的自控及火焰保护系统等优点，因而迅速占领了中国市场上相当大的份额。 由于历史原因，我国工业锅炉行业对液体燃料的燃烧技术和燃烧设备的研究较 少。直到2 0 世纪8 0 年代后期，在国外品牌大举进入中国市场的同时，国内一些科研 院所开始关注这个产业，并开始着手燃烧器的国产化研究设计。但是，由于最初阶段 很多燃烧器的关键部件依赖进口，而进口渠道不够畅通，同时国内配套又存在很多困 ；难，因此，初期没有取得预想的效果。到了2 0 世纪9 0 年代中后期，在江苏、浙江、 上海等地陆续诞生了几家燃烧器生产企业，但不是很多【2 8 1 。与国外燃烧器产品相比， 国产燃烧器具有价格低廉的优势。但另一方面，国产燃烧器设计水平不高，燃烧效率 低，自动化程度低，造成了燃油浪费和环境污染；同时，国产燃烧器的技术落后，基 本上无控制系统，主要靠手动调节，也给用户的安全使用带来了困难。与国外制造商 相比，无论是资金、技术、人员素质、管理水平等方面都存在较大的差距，规模经济 远没有形成，我国燃油工业锅炉目前主要是采用进口的燃烧设备。 总的来说，在最近一段时间，特别是2 0 世纪9 0 年代以后，随着我国科学技术的 发展和对燃烧设备进行的深入研究，我国燃油燃烧器在设计水平和生产上取得了一定 的成绩，但燃油燃烧器的整个c a d 系统还没有构建。通过阅读和检索大量文献，发 4 济南人。字：硕r 7 ：17 i 论文 现目前的燃油燃烧器研究主要存在着以下问题【2 9 渤】：( 1 ) 现在的设计多是经验设计( 通 过试验得到公式) ，设计手段水平低，不能很好的保证产品的性能；( 2 ) 结构设计上的 不合理和燃烧的不合理，使得燃油燃烧不充分，环境污染严重，热效率低；( 3 ) 尽管 有的企业用了计算机绘图，但不能从真正意义上达到计算机辅助设计的水平，对已有 设计的资源利用不够，没有形成一个完整的c a d 系统；( 4 ) 设计自动化程度低，现存 的经验加随机设计，使燃烧器的设计很难达到标准化、系列化的程度。 1 3 课题提出和主要研究内容 传统燃油燃烧器设计多是经验设计，设计手段还停留在手工计算，不能很好的保 证产品的性能；设计方法落后、产品的性能指标不高。因此，为了解决这些问题，提 高燃油燃烧器的设计水平和性能指标，缩短产品开发周期，降低开发费用，必须采用 计算机辅助技术和先进的设计理念。所以，本文在国内外研究燃油燃烧器己有成果的 基础上，根据燃油燃烧器的设计要求，在通用平台p r o e n g i n e e r 下进行二次开发，来 研究燃油燃烧器的c a d 系统。燃油燃烧器c a d 系统开发研究的主要内容包括： ( 1 ) 燃油燃烧器的雾化仿真研究 利用建模与流体仿真技术，对燃油燃烧器进行雾化数值模拟研究，研究射流形式、 各种参数与雾化锥形态、液滴细度之间的内在联系，建立能够用于定量分析的雾化质 量评价体系； ( 2 ) 选取p r o e n g i n e e r 为二次开发平台，构建燃油燃烧器的c a d 系统构架。 ( 3 ) 燃烧器产品数据库的建立及访问查询 根据燃烧器的编码机制，运用a c c e s s 数据库建立燃烧器数据表j 利用v c 的 m f co d b c 技术对a c c e s s 数据库进行连接访问，实现p r o e 软件与数据库的交互。 ( 4 ) 燃油燃烧器c a d 系统各模块的建立与实现 主要是完成燃油燃烧器机械结构系统( 包括机体、油枪及配风组件) 的设计，并 实现其自动装配。采用p r o e n g i n e e r 所提供的二次开发包p r o t o o l k i t ，采用基于模 型的方法，从手工建立的模型样板中提取设计参数，实现对模型的优化、参数控制和 信息提取，与模型更好的交互，最后实现装配。具体内容为： a 、零件参数化设计。手工建立零件模型样板，将零件模型参数化，即提取零件 模型的关键尺寸作为可以变化的参数，将所有需要修改的参数按顺序生成数据文件， 以p r o p r o g r a m 读入，通过p r o t o o l k i t 程序控制参数驱动实现燃烧器零件的参数化 5 燃油燃烧器c a d 系统歼发研究 建模； b 、界面设计。加载系统应用程序新菜单，使用v i s u a lc + + 基于p r o e n g i n e e r 平 台构建面向对象的参数c a d 对话框； c 、实现燃油燃烧器的自动装配。 ( 5 ) 完成燃油燃烧器c a d 系统的调试与实例运行。 1 4 课题的意义 传统燃煤锅炉自动化程度低，热效率低，环境污染大，已无法满足现代工业锅炉 自动化程度高，热效率高以及排烟基本无尘的要求。因此，燃油锅炉开始在国内被广 泛研究和应用。而作为燃油锅炉的主要燃烧部件，燃烧器集风机、雾化器、控制器、 点火器、火焰监测器及安全装置于一体，能以最简单、最紧凑的结构发挥满意的燃烧 效果。目前，国内能规模生产燃烧器的企业还不是很多，性能也不是很高，国内大部 分燃油锅炉都是配用进口的燃油燃烧器。面对激烈的市场竞争，综合应用先进的设计 理念、计算机技术和控制技术，提高燃油燃烧器的设计水平，具有不言而喻的实际意 义。 燃油燃烧器作为各种工业锅炉和工业窑炉的关键设备，具有热效率高、安全性能 好、自动化程度高、操作简单、维护方便、噪音低等优点，这也决定了其巨大的需求 潜力和市场前景。但是，燃油燃烧器结构复杂，包含的零部件很多，并且在燃烧器的 传统设计中，原有的几何模型是设计者利用固定的尺寸值得到的，零件的结构形状不 能灵活的改变，一旦零件尺寸发生变化，必须重新绘制其对应的几何模型，以至于工 程师们不得不花费大量的时间进行几乎相同公式计算，这样在燃烧器的相似性设计上 消耗了大量的人力物力，设计效率低下。所以开发燃油燃烧器的三维c a d 系统是非 常必要和迫切的。 燃油燃烧器三维c a d 系统的研究，旨在为燃油燃烧器的开发与改进提供先进的 设计手段和快捷的设计平台，提高设计产品的性能指标，缩短产品开发周期，降低开 发费用。 6 济南人。7 顶 学f 一论文 第二章系统开发平台与开发工具 二次开发的目的是设计一个软件系统来辅助具体的机械设计。二次开发不同于一 般的软件开发，主要在于它是在已有的软件平台基础上进行开发。二次开发后的软件 功能和性能在很大程度上取决于支撑软件平台本身的性能和开放程度。因此，选用一 套成熟的、先进的、适合本系统的基础软件平台和开发工具，可保证系统设计的优良 性、界面的友好性和功能的强大性。 2 1 开发平台的选择 2 1 1 开发平台选取的原则 对于针对某一类特定产品设计的专门化软件系统无需从底层开始开发，可借用商 业化的通用c a d 软件平台进行二次开发。所选用的二次开发平台必须满足以下基本 要求： ( 1 ) 软件的应用领域要广，软件用户数量要多，要符合通用性的要求； ( 2 ) 软件的功能模块要丰富，支持以特征参数化技术为基础的实体建模； ( 3 ) 软件要有良好的开放性和友好的二次开发界面； ( 4 ) 软件数据库要具有高度一体化，并支持跨平台、多接口的数据通讯。+ 当前比较流行的三维设计软件主要有s o l i d w o r k s 、s o l i de d g e 、p r o e n g i n e e r 、u g 、 i - d e a s 、c a t i a 、c a x a 等。在为数众多的c a d 软件中，p t c 公司的p r o e n g i n e e r 是具有代表性的优秀软件之_ j 由于它的功“a 6 1 。强人，该软件在国内的应用数量大大 超过了同类其它三维设计软件。p r o e n g i n e e r 具有基于特征、尺寸驱动、单一全关联 的数据库等特点，并因其基于参数化的设计思想，已成为产品设计与研发领域应用最 广、技术相对成熟的c a d 软件之一，因此，本课题选择p r o e n g i n e e r 作为开发平台， 开发用于燃烧器设计的c a d 应用软件。 2 1 2p r o e n g i n e e r 的特点 p r o e n g i n e e r ( 以下简称p r o e ) 软件系统是美国参数化公司p t c ( p a r a m e t r i c t e c h n o l o g yc o r p o r a t i o n ) 推出的产品，是一个用于产品的三维模型设计、加工、分析、 绘图等的三维c a d c a m c a e 软件系统。p r o e 软件在电子、机械、模具、工业设计、 7 燃油燃烧器c a d 系统歼发研究 汽车、航空航天、家电等行业得到广泛应用，它集零件设计、产品装配、模具开发、 n c 加工、钣金件设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、机构模拟、产品管理等 功能于一体，为当前c a d 技术的应用提供了优良的软体工作环境【3 6 】。p r o e 突破了 传统的c a d 设计理念，提出了实体造型、参数化设计、特征建模以及单一数据库全 相关的新理论。在这些思想的指导下，使用p r o e 进行三维建模操作更加简便，对设 计意图的变更更易于实现。p r o e 的主要特点有： ( 1 ) 参数化设计- 传统的c a d 软件建立模型后，若想对其中某个零件进行修改会比较麻烦。p r o e 引进了参数化的实际思想，即以约束来表达产品模型的形状特征，以一组参数来控制 设计结果，从而能通过变换一组参数值方便地创建一系列形状相似的零件【3 7 】。设计人 员只需要更改已经设定好的尺寸参数，图形就会立即依照新的尺寸发生变化，实现设 计与工作的一致性，避免了因人为更改图纸造成的疏漏。这项参数式设计的功能不但 改变了设计的概念，并且将设计的便捷性推进了一大步。 ( 2 ) 基于特征的参数化建模 特征就是一组具有特定功能的图元，是设计者在一个设计阶段完成的全部图元的 总和。基于特征的参数化设计，即参数化特征造型，意在将基于特征的设计方法和参 数化设计方法有机地结合起来，以特征为操作单位，并对特征信息参数化【3 8 】。基于特 征参数化设计的关键是对特征及其相关尺寸、公差等的变量化描述。 p r o e 把用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。任何复杂的机械零件都 可以看成由一些简单的特征所组成。把特征作为最小的模型元素，一个完整的模型由 若干特征所组成。零件的修改可以通过修改零件的特征参数值来实现，而不用直接修 改几何图素，这样大大方便了零件的设计修改过程，提高了设计效率和准确性。 ( 3 ) 单二数据库和全相关性 p r o e 采用单一数据库来管理数据中的基本数据。所谓单一数据库是指软件中的 所有功能模块共享同一个公共数据库。相关性是指所有的p r o e n g i n e e r 的功能都相互 关联。这标志着在产品开发过程中对模型任意处所做的修改都将写入同一数据库，系 统将自动更新所有的工程文件中的数据，包括装配体、设计图纸以及制造数据等。这 样三维模型或工程图的修改变得很方便，达到设计修改工作的一致性，避免发生疏漏， 也减少许多人为改图的时间和精力的消耗。保证了工程数据的完整与设计修正的高效 率。 8 济南人学硕f ，学位论文 实时性的数据更新是全相关单一数据库的最大特点。根据单一数据库的设计思 想，每个设计者随时可以从数据库中获取最新数据，一旦设计者将自己的数据写入数 据库后，这些数据即可被其他设计者使用，使开发后期的一些功能提前发挥作用，实 现了并行设计。 ( 4 ) 多功能模块管理 p r o e 主要包括以下几大模块：工业设计模块、机械设计模块、功能仿真模块、 制造模块、数据管理模块和数据交换模块。它为用户提供了从产品设计到生产的全套 解决方案。在应用最广泛的机械设计模块中，包括了二维草绘模块、三维零件设计模 块、曲面设计模块、零件装配模块以及工程图模块等众多功能单元，通过数据管理模 块可以实现并行工程的目的。 2 1 3p r o e n g l n e e r 的二次开发工具 p r o e n g i n e e r 在提供强大的设计、分析、制造功能的同时，也为用户提供了多 种二次开发工具。常用的二次开发工具有：族表( f a m i l y t a b l e ) 、用户定义特征( u d f ) 、 p r o p r o g r a m 、j - l i n k 以及p r o t o o l k i t 等l 硼j 。 族表( f a m i l yt a b l e ) 就是本质上相似零件( 或组件或特征) 的集合，只是在诸 如尺寸大小或详细特征等规格方面稍有不同。运用族表可以方便的管理具有相同或相 近结构的零件，特别适用于标准零件的管理。 用户定义特征( u s e rd e f i n e df e a t u r e s ，简称u d f ) 是将若干个系统特征融合为 一个自定义特征，在使用时作为一个整体出现。u d f 适用于特定产品中的特定结构， 方便设计者根据产品特征快速生成几何模型，提高没i i 效率。 p r o p r o g r a m 存放了每个模型主要设计步骤和参数列表。它是由类似b a s i c 的高 级语言构成的，用户可以根据设计需要来编辑该模型的p r o g r a m ，使其作为一个程序 来工作【4 0 1 。通过运行该程序，系统通过人机交互的方法来控制系统参数、特征出现与 否和特征的具体尺寸等。p r o p r o g r a m 主要应用在以下场合：( 1 ) 特征中的参数经常 需要修改：( 2 ) 具有相似性的零部件；( 3 ) 组件中某个零件或子组件需要重复使用。 j - l i n k 是一种用来扩展、定制和自动处理p r o e n g i n e e r 功能的工具。j - l i n k 是 一个面向对象、独立于平台、向上兼容且基于j a