泵與風機虛擬實驗教學系統的探究

曹志旭 虞嬌婷 李高俊

摘 要：伴隨著互聯網產業的發展與進步，互聯網技術漸漸的融入到數字化教學當中來，使得教學方法與途徑變寬變廣，教學效果顯著，尤其是實驗教學方面，更是受益良多。越來越多的實驗通過計算機技術，尤其是對Adobe Flash、Visual Studio等的應用，進行定性重現和定量模擬，原本在紙上、在實驗室的操作實驗，通過GPU躍然屏幕之上。該文所述泵與風機中離心式水泵性能試驗與離心式風機進氣實驗，就是基于以上技術進行開發探究的。

關鍵詞：互聯網技術 Flash 泵與風機 實驗教學

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

1 泵與風機實驗教學

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

2 互聯網技術的應用

在此次泵與風機實驗系統的開發探究中，使用相關的教具——離心式水泵、離心式風機進行實驗，經過反復實驗和對實驗數據進行處理，得出更加接近真實環境的實驗數據，進而運用Fluent軟件進行數據模擬，得出實驗數據對應的模擬曲線，再確定出準備植入Flash的數據；運用Adobe Flash CS6軟件，進行動畫創作與應用程序開發，調動數據庫中動畫、圖形、聲音和視頻，按照時間軸的順序排列，逐幀的進行制作，對實驗系統進行描述，對實驗步驟進行演示；該教學方法的探究是應用Visual Studio工具進行編程，來實現泵與風機實驗數據的智能化和電算化。Visual Studio編程開發工具具有保密性、封裝性和傳播快速性，將實驗移植到移動互聯網上。使用多級窗體界面，將泵與風機中離心式風機與離心式水泵實驗過程轉化成VS程序代碼，通過第三方數據處理工具的植入，完善實驗界面中數據處理部分。同時，通過靜態網頁實現多窗體數據傳遞轉化功能。基于已安裝的IIS工具，創建網站，發布在校園網中，通過控制訪問權限，實現局域網實驗數字化。通過開放的代碼，增加實驗教學系統的可移植性，不斷豐富系統的，使之多元化。

3 開放式虛擬實驗之于實驗教學

該實驗平臺是一個集學生管理程序和實驗課程教學指導、網絡仿真實驗等虛擬實驗為一體的校園實驗教學系統。虛擬實驗教學平臺綜合運用了計算機技術、仿真與實踐相結合、在線實驗、虛擬現實等技術，使實驗的進行不再受人為因素的限制，解決了因設備限制而無法進行實驗的問題，在確保實驗教學方面起著至關重要的作用。

4 相關泵與風機實驗理論基礎及設計方案

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，測量數據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。當水泵進、出口管內徑相等時，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，水經過電動泵的作用通過吸水管道進入回路中，最后經由水箱流回吸水池。通過改變入口閥開度來改變水泵工況。要求改變閥門的開度，水流的速度相應發生改變。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，通過轉矩測量儀測量轉矩，通過轉速測量儀測量轉速。要求虛擬實驗對應的測點有相應的數據顯示，要求三角水堰在工況變化時高度能夠連續變化。

調節：改變入口閥4的開度實現水泵工況的調節。要求做一個按鈕，能夠改變10次，改變過程中表3和10中的指針連續變化，其余測點的示數連續變化。

4.2離心風機進氣實驗

通過增加（或減少）集流器入口節流網層數的方法來調節風機流量，使風機運行于不同的工況點。

（1） 流量 （m3/s）

（2） 動壓。

①出口動壓（即風機動壓） （Pa）

②進口動壓 （Pa）

（3） 風機全壓與靜壓。

風機的全壓 （Pa）

風機的靜壓

（4） 全壓效率和靜壓效率。

（5） 性能換算。

圖2

啟動風機，空氣由左口的集流器處進入風機，右側離開，要求大致描述空氣的流動情況；通過增加（或減少）集流器入口節流網層數的方法來調節風機流量，改變風機的工況點。測量點有集流器喉部靜壓pest、pest1，功率表有轉速測量儀，要求各測點需要顯示相應的測量值。通過改變2處的節流網的層數來改變工況，要求操作按鈕，從小到大一共改變15次，改變節流網的層數時各個測點的數據需要有相應的變化。

參考文獻

[1] 呂玉坤，葉學民，李春曦，等.流體力學及泵與風機實驗指導書[M].北京：中國電力出版社，2008.

[2] 張福龍.流體力學經典實驗雷諾實驗FLASH 模擬[J].科技風，2013（11）：60.

[3] 虞嬌婷，陳都，曹志旭.基于FLASH的虛擬流體力學實驗平臺設計[J].科技風，2015（5）：128.

[4] 余筱潔，周存山，符慶功，等.開放式虛擬實驗平臺構建及其管理模式[J].安徽農學通報（下半月刊），2011，17（22）：119-120.

[5] 陳志剛，等.動力機械示范實驗室實驗教學新模式的構建與實踐，2009.