600MW超临界锅炉3d模型制作.docx
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600MW超临界锅炉3d模型制作
摘要
21世纪的降临,人类面临的各种挑战越来越严峻,尤以高科技挑战为突出,为了迎接挑战,最有效又最紧迫的对策是在教育系统中改革教育模式,由应试教育逐步向素质教育转轨,抓好课堂教学的主渠道,大力改革旧的教学方法及手段。
教学实践证明,多媒体教学已经成为提高教学质量,优化教学的重要手段。
多媒体教学,是在合理安排教学内容的基础上,恰当使用现代化教学媒体的一种教学手段。
这样的教学模式往往要借助相应的辅助教学软件,即我们平时所说的CAI(ComputerAimedInstruction--计算机辅助教学)课件。
教学的真实感和表现力不仅能促使学生积极参与到教学活动中去,充分调动学生学习的主动性和创造性,提高教学效率,改善学习效果,又能使学生根据自己的实际更好地接受因材施教和进行个别化学习,从而启迪学生创造思维。
本次设计的主要任务为计算机锅炉原理辅助教学软件设计,目的是制作一个CAI课件,来协助教师教授和帮助学生学习锅炉原理这门课,并且允许学生在没有教师的情况下也能够在计算机上进行自学。
我们的制作对象是哈尔滨锅炉厂有限责任公司引进三井巴布科克技术生产,型号HG-1950/25.4-YM1,超临界参数变压运行直流炉、单炉膛、一次再热、平衡通风、前后墙对冲燃烧、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型燃煤锅炉。
锅炉本体由一个膜式水冷壁炉膛,炉顶是顶棚过热器,水冷壁与受热面中间有四个蒸汽分离器连结,炉内受热面由省煤器、高温过热器、低温过热器、高温再热器和低温再热器构成,尾部烟道由包墙管过热器构成,前后墙各布置16只燃烧器。
本次设计的制作工具主要借用3DSMAX7.0。
建造锅炉模型,以及各个部件,把模型放在三维空间的舞台上,组合,再从不同的角度用灯光照射,赋予每个部分动感和强烈的质感,通过摄像机的不同角度架设,利用渲染工具生成三维动画。
关键词:
超临界锅炉;动画制作;3DSMAX7.0
Title600MWSupercriticalBoilerModelStructure
Abstract
Asthe21stcenturyapproaches,thechallengesfacinghumanitymoreandmoresevere,especiallyinhigh-techchallengetohighlight,inordertomeetthechallenges,themosteffectiveandmostimmediatesolutionistoreformeducationintheeducationsystemmodel,stepbystepbytheexam-orientededucationtransitiontoqualityeducation,goodjobteachingthemainchannel,reformandtheoldteachingmethodsandmeans.Teachingpracticeprovesthatmultimediahasbecometoimproveteachingquality,optimizeanimportantmeansofteaching.
Teaching,teachingcontentinareasonablearrangementbasedontheappropriateuseofmodernteachingmediaasameansofteaching.Thisteachingoftenassistedinstructionwiththecorrespondingsoftware,weusuallysayCAI?
(Computer?
Aimed?
Instruction-CAI)courseware.Teachingexpressiverealismandnotonlymakestudentsactivelyparticipateinteachingactivitiesinordertofullymobilizetheirinitiativeandcreativity,improveteachingefficiencyandimprovethelearningeffect,andalsoenablestudentstobetteraccordingtotheiractualacceptanceofindividualizedandindividuallearning,creativethinkingandthusinspirestudents.
ThemaintaskofdesigningtheboilerforthecomputerassistedteachingsoftwaredesignprinciplesaimedatmakingaCAIcoursewaretoassistteacherstoteachandhelpstudentstolearnBoilerPrinciplethiscourseandallowstudentswithoutteacherscases,tothecomputerself-learning.
Ourobjectistoproducesupercriticalparametersoftransformeroperationboiler,singlechamber,onceagainhot,balancedventilation,beforeandafterthehedgewallburning,openlayout,solidslagging,steelframe,fullsuspensionstructureofΠ-typecoal-firedboilers.
Boilerfurnacebyamembranewall,roofisaroofsuperheater,waterwallheatingsurfaceinthemiddleofthefoursteamseparatorlink,furnaceheatingsurfacebytheeconomizer,superheatertemperature,lowtemperaturesuperheater,hightemperatureandthenheatandcoldreheater,endinginthefluepipefromthebagwallsuperheatercomposition,beforeandafterthewalloftheburnerarrangement16.
Themainproductiontoolsdesignedtouse3DSMAX7.0.Theconstructionoftheboilermodel,andvariouscomponents,themodelonthethree-dimensionalstage,portfolio,fromdifferentangleswiththelightsandgiveeachpartofthedynamicandstrongtexture,setupbythecameraangles,userenderingtooltogeneratethree-dimensionalanimation.
Keywords:
supercriticalboil;animation;3DSMAX7.0
目录
摘要I
AbstractII
第1章绪论1
1.1概述1
1.2构建锅炉模型目的和意义4
1.3课题研究的主要问题4
第2章设计概述6
2.13DSMAX背景及功能简介6
2.2模型动画探讨7
第3章锅炉的总体简介9
3.1锅炉本体布置9
3.2锅炉的设计条件9
3.3省煤器13
3.4炉膛与水冷壁14
3.5过热器15
3.6再热器17
3.7锅炉结构特点19
3.8小结20
第4章3DSMAX制作过程21
4.1螺旋水冷壁的制作21
4.2旋流式煤粉燃烧室的制作22
第5章3DSMAX制作中遇到的问题及其解决方法24
5.1基础问题24
5.2实际操作中的问题24
5.3本章小结28
结论29
致谢30
参考文献31
第1章绪论
1.1概述
在传统的教学过程中,首先,教师对教学信息进行加工和处理,并把教学信息通过语言、板书和某些辅助工具呈现给学生。
学生通过感官,接受信息并加以理解,产生接受效应。
为了确定学生是否真正理解内容,教师会提问或让学生解决实际问题,这构成反映。
其次,是对学生的反应进行诊断和评价。
为了了解学生对所学内容的理解和掌握程度,需要对学生的反应进行诊断,特别是在一个单元学完之后,进行单元测试,通过评价及时发现错误并予以纠正,并与教学目标比较,以便了解教学目标的实现程度。
这种评价与考试不同,它不反映学生的学习能力,而是反映学生的学习情况与教学目标的差距。
我国近年来提倡素质教育[1],注重强调学生对知识的吸收和运用。
而单纯的学校教学环境、班级集体环境、黑板环境中,学生所接受的知识和技能往往不能成功的在实践中加以运用。
所学知识不能有效的“产生迁移”。
同时学生头脑内部由于外部环境的单调而变的缺乏联想——不能或难以生成内部知识结构。
因此容易形成死记硬背的结果。
另外学生的不同水平和不同学习路径使得课堂教育难以有针对性。
CAI与传统的以教师为中心的单向交流式教学相比,最显著的区别在于它的交互性、集成性和自适应性。
它的交互性使教学变成了学生与计算机的双向交流,学生能自己控制教学进度,参与教学活动,从而极大的提高了学习兴趣。
它的自适应性是指计算机能根据学生对问题的回答情况来决定教学的进度或内容,以适应各个学生的不同需要。
它的集成性使学生充分利用多媒体进行学习,并使教学的几个过程(讲课、听课、自检和考试)融为一体。
多媒体计算机CAI课件能启动各种模拟功能,构造虚拟现实,调动各种感官刺激,利用色彩、图案、声音进行强化记忆,改善学习环境和气氛。
学生通过与计算机的交互作用进行学习,其基本过程为选择学习内容——计算机呈现教学内容——学生接受教学信息——计算机提问——学习反应——判断反馈——反馈的强化作用——作出教学决策。
在进行计算机辅助教学的时候,计算机及其课件不仅仅是代替课堂,而是一个可以由学习者自我控制,能满足不同需求、不同学习经验、不同认知程度、不同学习方法的学习者需求的学习环境。
同传统的教学相比,CAI有如下一些优越性[2]。
1、扩大课堂容量,丰富教学手段
CAI与传统教学相比,在知识内容的呈现方式上大不相同,CAI在屏幕上呈现知识,传统教学靠书本和黑板呈现知识。
教师在传统课堂上必需花费一定的时间引导学生翻书以及板书,而且大块板书时,背对学生,容易有部分学生注意力分散,CAI则帮助教师避免了这个问题;并且,把CAI引入课堂,鼠标轻轻一点,许多背景知识和相关材料即可呈现于学生面前,代替了以往教师长篇大论的介绍和讲解,若再配以适当的音乐或动画等,不仅可丰富教学内容、开阔学生眼界,还有利于吸引学生的注意力。
CAI中的模拟功能,可以利用计算机模拟各种自然现象、反应过程、结构模型、环境条件以及社会特征等,在教学中提供生动、形象、直观的材料供学生学习。
这种模拟手段既形象直观,又安全可靠,省时省力,有利于学生的学习,收到很好的教学效果,这是传统教学无法比拟的。
CAI还具有游戏的功能,让学生在学中玩、在玩中学,有张有弛、寓教于乐。
它把有助于培养学生某种心理品质或技能训练的练习编成有趣的游戏程序,使学生通过在计算机上的游戏活动,提高心理品质和技能水平。
CAI的游戏功能,不仅有利于达到教学目的,而且可以大大促进学生学习的积极性。
2、实现学生学习的个体化
CAI为学生的单独学习提供了方便,学生可以在计算机上自选学习内容,自定学习进度,还可以进行各种练习,模拟解决各种问题,甚至可以做与学习有关的游戏,这样就实现了学生学习的个体化,所有,在欧洲,计算机辅助教学又被称为“计算机辅助学习”(ComputerAssistedlearning)。
计算机可以向学生呈现习题,学生在计算机上作出解答。
如果学生回答正确,则计算机呈现肯定的反馈信息,并呈现下一个问题;如果学生回答错误,计算机将给予否定并呈现正确答案,然后再呈现同类问题,或给予提示后再呈现同一问题。
这种功能可使学生通过做大量习题,达到巩固知识和形成技能的目的
计算机还可以扮演教师的角色,对学生的学习进行个别化指导。
在教学程序设计上采用分支程序教学,将教学内容分成一系列的小单元,每一单元介绍一小部分知识,待学生思考和理解后,再向学生提出有关问题,检验学生的学习情况,若学生回答正确则进入下一个单元的学习,否则将转入分支程序进行相关知识的补充学习。
另外,通过运行一些程序,允许学生用自然语言提出与教学内容有关的问题和回答问题,与学生进行频繁的人?
机对话,达到个别指导的目的。
[3]
学生在CAI条件下可以进行自主地学习,自己决定学习的内容、进度及难度,可以在没有老师在场的情况下,及时得到对问题解答的反馈意见,真正实现了学习个体化。
3、使初学计算机的学生产生兴趣,促进对计算机的操作练习
初学计算机的学生,可能会对这种新的学习方式产生好奇心理及浓厚的兴趣,因此,主动性、积极性得到极大的调动,在学习过程中注意力集中,投入的精力也较多,花的时间较长,从而取得较好的学习效果。
并且计算机操作能力将得到进一步提高[4]。
多媒体技术在教育中的优势还体现在以下几个方面。
(一)有利于激发学生的学习兴趣,变被动学习为主动学习。
多媒体技术具有视听合一的功能,能够产生出图文并茂、丰富多彩的人机交互方式的信息,这种信息可以给学生以视、听体验[5],吸引学生的注意力,比传统的教育方式更能激发学生的学习兴趣和参与热情,使学生的学习方式由单一课堂向多方面、多途径方向发展,例如:
在大学网站上,可以开辟一个师生共享的教与学园地,在这个园地上可以开设多媒体优秀课件点播、教师在线答疑、重点课程网上测试等栏目。
除此之外,还可以建
立由学生自己维护的网站,在这个网站下可设立网民协会,由思想素质好的学生担任会长,在学校学生工作指导下,定期的在网站上举办各种科学知识竞赛,引导学生在网络环境下自主的学习,还可以利用学校网站引导学生进行一些前沿科技的专题探讨,学生通过上网等方式去查阅、调研、讨论,给学生创造一个发挥自己创造力的空间,将学生的学习兴趣引入到一个良性循环的教学环境中去。
(二)有利于优化教学课堂教学效果,增强教学内容与形式的多样化。
将多媒体引入到教师的教学中去,可以丰富教学内容,提高教学效率和教学质量。
传统的教育模式主要是使用语言与文字,因此也存在诸多的缺点,诸如:
在传统的教学中,无法形象的表达抽象的概念、变换的过程,同时在需要讲解与大量的图、表有关的知识时,就会先的手足无措。
引入多媒体技术进行教学,可以提高课堂的教学效率,有利于教师及时补充和更新教学内容。
例如《计算机组成及系统结构》这门课,从授课老师的角度讲,该科内容知识面涉及广泛,计算机的各个硬件部分都分章节阐述,但又前后呼应,而且每一章都有复杂的硬件线路图,因此给教学增加了一定的讲解难度,从学生的角度讲,由于这门课涉及到计算机系统层次结构的较低层次,因此相对于学习一些系统软件要抽象的多,枯燥的多。
为了使老师在课堂讲课中,能够深入浅出、直观、形象,提高教学效率,优化教学课堂效果,我们充分利用多媒体技术,将书上的硬件线路图借助制作课件中的知识点、利用抽拿技术以及添入动态演示等技术,使那些难理解的线路图由静态图变成动态图,这样既提高了教学效果又有利于学生的理解。
另一方面,制作出来的CAI课件便于保存,减少教师的重复性工作。
1.2构建锅炉模型目的和意义
火电机组随着蒸汽参数的提高,机组效率不断上升。
根据实际运行的燃煤机组的经验,亚临界机组(17MPa、538/538℃)的净效率约为37%~38%,一般超临界机组(24MPa、538/538℃)的净效率约为40%~41%,超超临界机组(30MPa、566/566/566℃)的净效率约为44%~45%。
从供电煤耗来看,亚临界机组约为330~340g/(kWh),超临界机组约为310~320g/(kWh)。
由于机组效率提高,污染物的排放也相应减少,经济效益十分明显。
[5]
能源是国民经济发展的命脉,是提高人民生活水平的重要物资基础。
而电力行业消耗大量的能源,现在机组基本是靠锅炉燃烧的来提供能量转换,锅炉技术的发展将进一步提高锅炉和电站热效率;降低锅炉和电站的单位功率的设备造价;提高锅炉机组的运行灵活性和自动化水平;发展更多锅炉品种以适应不同的燃料;以减少对环境的污染[6]。
近年来,我国的超临界锅炉业发展十分迅猛,九十年代初我国首台引进型的超临界锅炉在上海石洞口电厂投入商业运行,2004底首台国产化的超临界锅炉机组在华能沁北实现商业运营[7]。
随着我国三大锅炉厂的技术日趋成熟,目前我国新建的火力发电厂大多都使用超临界或是参数的更高的超超临界机组。
但是,由于我国发展超临界机组的时间还是较短,在运行和教学培训方面还是有一些不足的。
随着计算机技术的发展和普及,现在的教学培训中,大量应用计算机多媒体技术教学。
利用计算机辅助教学,计算机辅助教学主要通过学生与作为媒体和工具的计算机之间的交互,以更有效地实现教学。
通过计算机辅助教学,让学生更加直观的了解锅炉,在以往通过平面的图纸模型来进行对锅炉了解,平面的图纸模型大多数都是手工绘制,工作量非常大,而且手工绘制不可免的有人为因素的误差。
这样的模型给的设计者和学习人员带来大量的不便,特别是在教学中,学生只能根据图形来想象三维锅炉结构。
随着社会的进步,原有锅炉平面模型的不足之处越来越明显[8],已经远远不能满足现代社会的需要,在这种前提下,锅炉结构模型面向三维设计已经备受关注。
在锅炉专业课教学中,对锅炉结构的讲解也很抽象,为了避免在教学中学生学习枯燥乏味,我们利用3dsmax软件设计制作锅炉结构模型,利用三维模型的直观立体感,层次清晰感,使学生更容易理解锅炉结构,有助于教学。
1.3课题研究的主要问题
(1)主要方法:
通过学习锅炉结构知识及3dsmax软件相关制作知识,来制作600MW超临界锅炉的模型。
(2)主要内容:
通过查阅资料,来确定使用某一超临界锅炉。
通过对该锅炉的研究,以确定锅炉模型的各种尺寸,各种受热面的布置,整体炉膛的布置,燃烧器和确定,各个受热面的之间的连结。
最后通过3dmax软件将确定的锅炉进行模型化。
做成三维动画的形式。
第2章设计概述
2.13DSMAX背景及功能简介
3DStudioMax,常简称为3dsMax或MAX,是Autodesk公司开发的基于PC系统的三维动画渲染和制作软件。
其前身是基于DOS操作系
统的3DStudio系列软件,最新版本是2011。
在WindowsNT出现以前,工业级的CG制作被SGI图形工作站所垄断。
3DStudioMax+WindowsNT组合的出现一下子降低了CG制作的门槛,首选开始运用在电脑游戏中的动画制作,后更进一步开始参与影视片的特效制作,例如X战警II,最后的武士等[9]。
在应用范围方面,广泛应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、多媒体制作、游戏、辅助教学以及工程可视化等领域[10]。
拥有强大功能的3DSMAX被广泛地应用于电视及娱乐业中,比如片头动画和视频游戏的制作,深深扎根于玩家心中的劳拉角色形象就是3DSMAX的杰作。
在影视特效方面也有一定的应用。
而在国内发展的相对比较成熟的建筑效果图和建筑动画制作中,3DSMAX的使用率更是占据了绝对的优势。
根据不同行业的应用特点对3DSMAX的掌握程度也有不同的要求,建筑方面的应用相对来说要局限性大一些,它只要求单帧的渲染效果和环境效果,只涉及到比较简单的动画;片头动画和视频游戏应用中动画占的比例很大,特别是视频游戏对角色动画的要求要高一些;影视特效方面的应用则把3DSMAX的功能发挥到了极至.
本课件的三维动画部分由3DSMAX制作,并以动画文件的格式存储起来,作为课件的媒体资源,课件在需要时对它们进行调用。
3DSMAX是AutoDesk公司推出的动画软件,使用它可以在PC机上得到真正的工作站动画软件的性能和图像质量。
三维动画作为电脑美术的一个分支,是建立在动画艺术和电脑软硬件技术发展基础上而形成的一种相对的独立新型的艺术形式。
早在1962年,计算机便有了自己的图形学理论,一开始主要应用于军事领域。
直到70年代后期,随着PC机的出现,计算机图形学才逐步拓展到诸如平面设计、服装设计、建筑装潢等领域。
80年代,随着电脑软硬件的进一步发展,计算机图形处理技术的应用得到了空前的发展,电脑美术作为一个独立学科真正开走上了迅猛发展之路。
运用计算机图形技术制作动画的探索始于80年代初期,当时三维动画的制作主要是在一些大型的工作站上完成的。
在DOS操作系统下的PC机上,3DStudio软件处于绝对的垄断地位。
1994年,微软推出Windows操作系统,并将工作站上的Softimagey移植到PC机上。
1995年,Win95出现,3DS出现了超强升级版本3DSMAX1.0。
1998年,Maya的出现可以说是3D发展史上的又一个里程碑。
一个个超强工具的出现,也推动着三维动画应用领域不断的拓宽与发展。
,从建筑装潢、影视广告片头、MTV、电视栏目,直到全数字化电影的制作。
就在几年以前,我们还只能从中央视台看到少量的电脑动画镜头,因为当时的制作成本高,难度大[11]。
早先的计算机动画系统的价格要花成百上千万资金,而后在桌面工作站上制作动画成本大大降低,到了今天,电脑的功能愈来愈强大,以至我们不仅可以看到地方电视台的栏目包装及广告中充满电脑动画特技,更有不少电脑爱好者在自已的个人电脑上玩起了动画制作。
在各类动画当中,最有魅力并动用最广的当属三维动画。
二维动画可以看成三维动画的一个分支,它的制作难度及对电脑性能的要求都远远低于三维动画。
过去制作三维动画需要程序员的维护和操作,如今,计算机价格在不断降低,性能则在不断的增强,三维动画软件,则是功能愈来愈强大,操作起来也是愈来愈容易,这使得三维有更广泛的运用。
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Authorware是美国Macromedia公司推出的多媒体开发平台。
Authorware采用可视化的编程环境,只要将代表媒体的各种图标(Icon)像堆积木一样移入编辑窗口内组成流程图。
Authorware所支持的每体有:
文本、声音、动画、图形、图像、MIDI音乐、CD音频及影视片段。
跨平台体系结构的多媒体强大软件。
2.2模型动画探讨
1.制作准备阶段
这个阶段主要包括项目的计划,资料的收集等。
能够真正有使用价值或者获得市
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