泵與風(fēng)機虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)的探究

曹志旭 虞嬌婷 李高俊

摘 要：伴隨著互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)漸漸的融入到數(shù)字化教學(xué)當(dāng)中來，使得教學(xué)方法與途徑變寬變廣，教學(xué)效果顯著，尤其是實驗教學(xué)方面，更是受益良多。越來越多的實驗通過計算機技術(shù)，尤其是對Adobe Flash、Visual Studio等的應(yīng)用，進(jìn)行定性重現(xiàn)和定量模擬，原本在紙上、在實驗室的操作實驗，通過GPU躍然屏幕之上。該文所述泵與風(fēng)機中離心式水泵性能試驗與離心式風(fēng)機進(jìn)氣實驗，就是基于以上技術(shù)進(jìn)行開發(fā)探究的。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)技術(shù) Flash 泵與風(fēng)機 實驗教學(xué)

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（b）-0000-00

1 泵與風(fēng)機實驗教學(xué)

泵與風(fēng)機實驗是流體機械本科教學(xué)中至關(guān)重要的一部分，其中有較為冗雜的數(shù)據(jù)處理和實驗計算，如果僅憑人為進(jìn)行實驗項目，不僅耗費巨大的時間和精力，還容易造成實驗誤差，不利于實驗的進(jìn)行和總結(jié)，在本科生教學(xué)中，需要進(jìn)行智能化和電算化的改進(jìn)，以加強學(xué)生對實驗教學(xué)內(nèi)容的掌握，促進(jìn)實驗教學(xué)順利開展。

2 互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

在此次泵與風(fēng)機實驗系統(tǒng)的開發(fā)探究中，使用相關(guān)的教具——離心式水泵、離心式風(fēng)機進(jìn)行實驗，經(jīng)過反復(fù)實驗和對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出更加接近真實環(huán)境的實驗數(shù)據(jù)，進(jìn)而運用Fluent軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬，得出實驗數(shù)據(jù)對應(yīng)的模擬曲線，再確定出準(zhǔn)備植入Flash的數(shù)據(jù)；運用Adobe Flash CS6軟件，進(jìn)行動畫創(chuàng)作與應(yīng)用程序開發(fā)，調(diào)動數(shù)據(jù)庫中動畫、圖形、聲音和視頻，按照時間軸的順序排列，逐幀的進(jìn)行制作，對實驗系統(tǒng)進(jìn)行描述，對實驗步驟進(jìn)行演示；該教學(xué)方法的探究是應(yīng)用Visual Studio工具進(jìn)行編程，來實現(xiàn)泵與風(fēng)機實驗數(shù)據(jù)的智能化和電算化。Visual Studio編程開發(fā)工具具有保密性、封裝性和傳播快速性，將實驗移植到移動互聯(lián)網(wǎng)上。使用多級窗體界面，將泵與風(fēng)機中離心式風(fēng)機與離心式水泵實驗過程轉(zhuǎn)化成VS程序代碼，通過第三方數(shù)據(jù)處理工具的植入，完善實驗界面中數(shù)據(jù)處理部分。同時，通過靜態(tài)網(wǎng)頁實現(xiàn)多窗體數(shù)據(jù)傳遞轉(zhuǎn)化功能。基于已安裝的IIS工具，創(chuàng)建網(wǎng)站，發(fā)布在校園網(wǎng)中，通過控制訪問權(quán)限，實現(xiàn)局域網(wǎng)實驗數(shù)字化。通過開放的代碼，增加實驗教學(xué)系統(tǒng)的可移植性，不斷豐富系統(tǒng)的，使之多元化。

3 開放式虛擬實驗之于實驗教學(xué)

該實驗平臺是一個集學(xué)生管理程序和實驗課程教學(xué)指導(dǎo)、網(wǎng)絡(luò)仿真實驗等虛擬實驗為一體的校園實驗教學(xué)系統(tǒng)。虛擬實驗教學(xué)平臺綜合運用了計算機技術(shù)、仿真與實踐相結(jié)合、在線實驗、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)，使實驗的進(jìn)行不再受人為因素的限制，解決了因設(shè)備限制而無法進(jìn)行實驗的問題，在確保實驗教學(xué)方面起著至關(guān)重要的作用。

4 相關(guān)泵與風(fēng)機實驗理論基礎(chǔ)及設(shè)計方案

4.1離心式水泵性能實驗

（1） 流量。由于渦輪流量變送器與積算頻率儀表配合使用，儀表本身裝有換算裝置，測量數(shù)據(jù)直接顯示出容積流量，其瞬時流量單位為m3/h。同時利用三角水堰測量水泵流量，其計算公式如下：

（m3/s）

（2） 揚程。水泵壓強測點布置如圖1所示。當(dāng)水泵進(jìn)、出口管內(nèi)徑相等時，由伯努利方程可得： （m）

（3） 功率。

①有效功率 （kW） ②軸功率Psh=M（kW）

（4） 效率

圖1

虛擬實驗平臺模擬實驗過程如下：打開水泵，水經(jīng)過電動泵的作用通過吸水管道進(jìn)入回路中，最后經(jīng)由水箱流回吸水池。通過改變?nèi)肟陂y開度來改變水泵工況。要求改變閥門的開度，水流的速度相應(yīng)發(fā)生改變。分別布置真空表測量入口壓強、出口壓強，通過渦輪流量計和后面的三角水堰測量流量，通過轉(zhuǎn)矩測量儀測量轉(zhuǎn)矩，通過轉(zhuǎn)速測量儀測量轉(zhuǎn)速。要求虛擬實驗對應(yīng)的測點有相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示，要求三角水堰在工況變化時高度能夠連續(xù)變化。

調(diào)節(jié)：改變?nèi)肟陂y4的開度實現(xiàn)水泵工況的調(diào)節(jié)。要求做一個按鈕，能夠改變10次，改變過程中表3和10中的指針連續(xù)變化，其余測點的示數(shù)連續(xù)變化。

4.2離心風(fēng)機進(jìn)氣實驗

通過增加（或減少）集流器入口節(jié)流網(wǎng)層數(shù)的方法來調(diào)節(jié)風(fēng)機流量，使風(fēng)機運行于不同的工況點。

（1） 流量 （m3/s）

（2） 動壓。

①出口動壓（即風(fēng)機動壓） （Pa）

②進(jìn)口動壓 （Pa）

（3） 風(fēng)機全壓與靜壓。

風(fēng)機的全壓 （Pa）

風(fēng)機的靜壓

（4） 全壓效率和靜壓效率。

（5） 性能換算。

圖2

啟動風(fēng)機，空氣由左口的集流器處進(jìn)入風(fēng)機，右側(cè)離開，要求大致描述空氣的流動情況；通過增加（或減少）集流器入口節(jié)流網(wǎng)層數(shù)的方法來調(diào)節(jié)風(fēng)機流量，改變風(fēng)機的工況點。測量點有集流器喉部靜壓pest、pest1，功率表有轉(zhuǎn)速測量儀，要求各測點需要顯示相應(yīng)的測量值。通過改變2處的節(jié)流網(wǎng)的層數(shù)來改變工況，要求操作按鈕，從小到大一共改變15次，改變節(jié)流網(wǎng)的層數(shù)時各個測點的數(shù)據(jù)需要有相應(yīng)的變化。

參考文獻(xiàn)

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