可視化管內(nèi)風(fēng)速風(fēng)量測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置的研制與開發(fā)

趙美 臧建彬 蔡煒 王曉東 曹昌盛 李翠

摘要：管內(nèi)風(fēng)速風(fēng)量是通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中非常重要的參數(shù)之一。通過教學(xué)改革項(xiàng)目的建設(shè)，建立亞克力板可視化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)中學(xué)生可以直觀看到各種測(cè)試儀器的工作過程，有助于加深學(xué)生的理解并激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性。采用創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)，有助于促進(jìn)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)涵的再認(rèn)識(shí)和深化，切實(shí)提高創(chuàng)新人才培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：風(fēng)速風(fēng)量測(cè)量；實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革；可視化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

中圖分類號(hào)：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）01-0268-02

管內(nèi)風(fēng)速風(fēng)量是通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中非常重要的參數(shù)之一，因此要求學(xué)生必須熟練掌握管內(nèi)風(fēng)速風(fēng)量的測(cè)量方法。同時(shí)管內(nèi)風(fēng)速風(fēng)量測(cè)量實(shí)驗(yàn)是深化《建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù)》課程理論知識(shí)教學(xué)和培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力的重要實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。通過本實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革項(xiàng)目的建設(shè)，設(shè)計(jì)先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，建設(shè)一個(gè)可視化的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)。

一、實(shí)驗(yàn)方案確定

本管內(nèi)風(fēng)速風(fēng)量的測(cè)量實(shí)驗(yàn)主要用于教學(xué)，因此在實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建過程中要注重考慮實(shí)驗(yàn)基本方法和原理的展示[1]。學(xué)生可以通過實(shí)驗(yàn)了解并掌握各種測(cè)量風(fēng)量的基本原理和各種測(cè)試方法和手段。因此本實(shí)驗(yàn)臺(tái)在方案設(shè)計(jì)是主要采用壓差式的流量測(cè)量方法，應(yīng)用流體力學(xué)原理設(shè)置了以下測(cè)試方法。

（一）畢托管測(cè)試法

可見，只要測(cè)出總壓和靜壓，或者總壓和靜壓的壓力差，便可求出流速。如果被測(cè)流體及其截面是確定的，就可以得到測(cè)量流體的體積流量或質(zhì)量流量。

（二）非標(biāo)準(zhǔn)型測(cè)壓管測(cè)試法

非標(biāo)準(zhǔn)型測(cè)壓管主要有：梳形測(cè)壓管、笛形測(cè)壓管和整流形測(cè)壓管。他們的全壓測(cè)管布置均是在畢托管法確定的測(cè)點(diǎn)上。梳形管在全壓測(cè)量同一斷面的管壁上打靜壓測(cè)孔并將各靜壓測(cè)孔連通在一起接微壓計(jì)另一端，用其壓差值作為平均動(dòng)壓。笛形管的靜壓測(cè)量可以如同梳形管測(cè)壓一樣，在風(fēng)管的管壁上打靜壓孔測(cè)量；但也可以選取與全壓測(cè)管同直徑，或者直徑小一點(diǎn)的銅管背向全壓孔打孔1—3個(gè)，與全壓管并在一起安裝，用其壓差代表風(fēng)管斷面上的平均動(dòng)壓。整流形測(cè)壓管則是在全壓測(cè)管頭部附加一段薄壁整流管，全壓測(cè)管正對(duì)其中心，使得偏斜氣流通過這樣一段小管時(shí)，起到一個(gè)整流作用，而靜壓測(cè)量則是在整流管的全壓測(cè)量斷面的管壁引出靜壓管并匯集到一根總管接微壓計(jì)。

（三）節(jié)流流量測(cè)量法

（四）雙紐線集流器測(cè)量法

雙紐線集流器喇叭口的收縮部按照雙紐線制作，這種集流器比較符合管道吸入口氣流流線形狀（即在入口處沒有渦流）。當(dāng)制作比較精致，內(nèi)壁非常光滑即摩擦阻力忽略不計(jì)時(shí)，根據(jù)伯努利方程，集流器的靜壓的絕對(duì)值在數(shù)值上等于動(dòng)壓值。當(dāng)然，實(shí)際上集流器的制作不可能完全符合雙紐線，摩擦還是有的，因此阻力損失是存在的，實(shí)際使用時(shí)可與畢托管法進(jìn)行對(duì)比，求出其校正系數(shù)：ξ=■ （式5）式中：Pdp—用畢托管法測(cè)量的平均動(dòng)壓值；Pj—集流器的靜壓值，用絕對(duì)值表示。

二、可視化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建

現(xiàn)有的管內(nèi)風(fēng)速風(fēng)量測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)相對(duì)簡(jiǎn)單，只安裝了風(fēng)速風(fēng)量測(cè)量的個(gè)別測(cè)試儀器，而上述測(cè)試方案大部分尚未安裝。而且風(fēng)管采用鍍鋅鋼管制成，學(xué)生只能依靠實(shí)驗(yàn)教師的描述理解各種測(cè)量風(fēng)速風(fēng)量儀器的工作原理和結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果欠佳。通過本項(xiàng)目的建設(shè)，采用亞克力材料制作成透明的風(fēng)道，使得學(xué)生更形象直觀地看到各種風(fēng)速風(fēng)量測(cè)量儀器的結(jié)構(gòu)和工作時(shí)的狀態(tài)，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握，激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性。

風(fēng)管系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上采用引風(fēng)段結(jié)構(gòu)，如圖1所示。風(fēng)機(jī)選用離心風(fēng)機(jī)，帶有風(fēng)量調(diào)節(jié)閥門，以調(diào)節(jié)達(dá)到不同的風(fēng)量工況。為了便于實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，風(fēng)管的材料選用透明的有機(jī)玻璃管。測(cè)點(diǎn)的位置選擇在氣流平緩的地方，設(shè)置畢托管測(cè)孔的要求是在圓管上在相互垂直的位置上打兩個(gè)風(fēng)量測(cè)量孔。除了實(shí)驗(yàn)臺(tái)上安裝的測(cè)量裝置，還需要配置一些輔助的測(cè)量儀器，主要有畢托管、微壓計(jì)、壓差傳感器、熱線風(fēng)速儀和溫度計(jì)。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式創(chuàng)新改革

隨著國家加強(qiáng)本科教學(xué)質(zhì)量評(píng)估，各高校陸續(xù)開展教學(xué)改革，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革也日益得到重視。高校也逐步加大對(duì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的投入，主要體現(xiàn)在更新陳舊的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備和改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境[2]。本項(xiàng)目提出一種創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的創(chuàng)新型人才。

該實(shí)驗(yàn)借鑒“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)理念，改變過往以教師為絕對(duì)主體的教學(xué)方式，采用研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)。課前，學(xué)生通過觀看教學(xué)視頻、翻閱相關(guān)書籍進(jìn)行學(xué)習(xí)，可以分組進(jìn)行討論，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案；課中，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教師的引導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)際操作也解決學(xué)生課前學(xué)習(xí)中遇到的問題；課后，學(xué)生寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行分析總結(jié)。整個(gè)過程中，實(shí)驗(yàn)老師主要起到的是啟發(fā)和引導(dǎo)的作用，更多的是學(xué)生自主的學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，以及發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力、表達(dá)和歸納總結(jié)的能力。

該實(shí)驗(yàn)采用多樣化、多媒體實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，通過實(shí)驗(yàn)課件、實(shí)驗(yàn)教學(xué)錄像片等多種方式使得實(shí)驗(yàn)過程不再枯燥無味，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的興趣和求知欲，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)相關(guān)理論知識(shí)的理解和掌握。此外，利用學(xué)校網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，開發(fā)網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，通過整合相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資料，方便學(xué)生隨時(shí)隨地開展學(xué)習(xí)。

四、結(jié)束語

通過對(duì)“管內(nèi)風(fēng)速風(fēng)量的測(cè)量實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行可視化實(shí)驗(yàn)改造，讓學(xué)生對(duì)于各種測(cè)試方法和儀器有了更為深刻的了解，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，建設(shè)良好的實(shí)驗(yàn)軟硬環(huán)境、改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和考核方式，促進(jìn)了對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)涵的深化和再認(rèn)識(shí)。注重激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生合作能力、表達(dá)能力、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，切實(shí)提高創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]方武.風(fēng)管流量測(cè)量實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)[J].安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，16（6）：65-67.

[2]宋國利，蓋功琪，蘇東妹.開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的研究與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，29（2）：90-93+132.