傳熱3D實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)應(yīng)用透視

董 鵬，王小瑞，凌小玖

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，蘭州 730060）

傳熱3D實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)應(yīng)用透視

董 鵬，王小瑞，凌小玖

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，蘭州 730060）

為了能夠提高教學(xué)質(zhì)量和有效的利用資源，更有效的培養(yǎng)高素質(zhì)技能應(yīng)用人才，將3D仿真盡快的融入實(shí)踐教學(xué)中。本文探討了傳熱3D實(shí)訓(xùn)虛擬仿真軟件的開發(fā)和設(shè)計(jì)，并對化工3D仿真軟件在教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了透視。

3D仿真；流體輸送；實(shí)踐教學(xué)

0 引言

目前高職院校甚至大學(xué)開設(shè)化工原理仿真課程大都采用傳統(tǒng)教學(xué)形式比如理論與實(shí)踐穿插，學(xué)生分組等，仿真一般是2D仿真，傳統(tǒng)教學(xué)弊端在于受到實(shí)驗(yàn)裝置和場地以及師資的限制，很難實(shí)現(xiàn)學(xué)生對設(shè)備以及現(xiàn)場有身臨其境的目的，對以后的適應(yīng)化工環(huán)境有一定的限制與延遲。很多學(xué)生只是聽聽老師的講解，按照步驟做完仿真要求，然后根據(jù)課時安排考試，就算做完了一個仿真。通常只是走一個過場，多數(shù)學(xué)生并沒有什么對于現(xiàn)場有感官的認(rèn)識，這種現(xiàn)象非常普遍。引入3D仿真教學(xué)則從根本上解決了學(xué)生縮短未來適應(yīng)化工環(huán)境之路的問題［1-4］。化工原理單元操作頗多，本文只介紹流體輸送綜合3D實(shí)訓(xùn)仿真在教學(xué)實(shí)踐中的優(yōu)點(diǎn)以及運(yùn)用深意。

1 傳熱綜合3D實(shí)訓(xùn)仿真縮引

利用系統(tǒng)模型對真實(shí)系統(tǒng)或設(shè)想系統(tǒng)的本質(zhì)和規(guī)律進(jìn)行研究、分析和實(shí)驗(yàn)的方法。化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的仿真則是以真實(shí)的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)上通過動態(tài)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行單元操作步驟，通過互動動畫模擬在現(xiàn)場的真實(shí)操作，并產(chǎn)生和真實(shí)實(shí)驗(yàn)一樣的操作結(jié)果［5］。

2 傳熱綜合3D實(shí)訓(xùn)仿真目的和功能

實(shí)訓(xùn)裝置能夠使學(xué)生掌握傳熱過程的基本原理和流程，學(xué)會傳熱過程的操作，了解操作參數(shù)對傳熱的影響，熟悉換熱器的結(jié)構(gòu)與布置情況，學(xué)會處理傳熱過程的不正常情況；同時了解不同種類換熱器的構(gòu)造，以空氣和水蒸汽為傳熱介質(zhì)，可以測定不同種類換熱器的總傳熱系數(shù)，研究用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)、科研中和化工生產(chǎn)中。通過對換熱器的實(shí)驗(yàn)研究，可以掌握總傳熱系數(shù)K的測定方法，加深對其概念和影響因素的理解；傳熱實(shí)訓(xùn)裝置能控制空氣以一定流量通過不同的換熱器（套管式換熱器、蛇形強(qiáng)化管式換熱器、列管式換熱器、螺旋板式換熱器）后溫度不低于規(guī)定值，應(yīng)選擇適宜的空氣流量和操作方式，并采取正確的操作方法，完成實(shí)訓(xùn)指標(biāo)；傳熱實(shí)訓(xùn)裝置能夠培養(yǎng)學(xué)生安全操作、規(guī)范、環(huán)保、節(jié)能的生產(chǎn)意識以及嚴(yán)格遵守操作規(guī)程的職業(yè)道德。

3 傳熱綜合3D實(shí)訓(xùn)仿真優(yōu)點(diǎn)

傳熱綜合3D仿真與傳統(tǒng)傳熱2D仿真相比較，具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)：

（1）興趣是最好的老師，所以3D在教學(xué)之中必須采用各種方法來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此仿真帶有游戲的特點(diǎn)，使得學(xué)生興趣倍增。

（2）3D仿真是一門“藝術(shù)與技術(shù)”相結(jié)合的課程是對于動畫專業(yè)學(xué)生來說是相當(dāng)重要的課程［6］。

（3）利用動態(tài)數(shù)學(xué)模型實(shí)時模擬真實(shí)實(shí)訓(xùn)裝置操作現(xiàn)象和過程，通過3D仿真實(shí)訓(xùn)裝置交互式操作，產(chǎn)生和真實(shí)實(shí)訓(xùn)一致的實(shí)訓(xùn)現(xiàn)象和結(jié)果。每位學(xué)生都能親自動手操作，觀察實(shí)訓(xùn)現(xiàn)象，記錄實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)，達(dá)到學(xué)習(xí)原理和操作流程的目的。能夠體現(xiàn)化工實(shí)訓(xùn)操作流程和數(shù)據(jù)梳理等基本實(shí)訓(xùn)過程，滿足工藝操作要求，能夠安全、長周期運(yùn)行。

（4）3D仿真實(shí)訓(xùn)操作簡單，工藝流程現(xiàn)場直播，既具體形象又生動逼真的3D仿真教學(xué)，使學(xué)生產(chǎn)生身臨其境一般的體驗(yàn)與操作感受。

（5）模擬成圖，模擬計(jì)算，模擬分析。

4 3D綜合仿真透視與展望

3D仿真--科技高速發(fā)展的產(chǎn)物，是建立在對動畫基礎(chǔ)和影視語言全面的掌握以及良好的藝術(shù)修養(yǎng)和濃烈深厚的美術(shù)功底的基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)的功能和精確計(jì)算繪圖能力，把化工理論知識體現(xiàn)的淋漓盡致。相信不久的將來，在實(shí)踐教學(xué)中對于3D將會特別的青睞。3D實(shí)訓(xùn)技術(shù)帶來的益處我們很期待，但還需面臨很多需要解決的問題。為了能夠提高教學(xué)質(zhì)量和有效的利用資源，更有效的培養(yǎng)高素質(zhì)技能應(yīng)用人才，將3D仿真盡快的融入實(shí)踐教學(xué)中。

［1］李明田.淺談化工原理仿真實(shí)驗(yàn)在教學(xué)實(shí)踐中的研究［J］.科技與教育，2007（454）：70.

［2］王娟，吳永和，段曄等.3D技術(shù)教育應(yīng)用創(chuàng)新透視［J］.學(xué)術(shù)時空，2015（01）：62-67.

［3］李金云.淺談高校化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)——仿真實(shí)驗(yàn)［J］.濰坊學(xué)院學(xué)報，2002，2（02）.

［4］陳祖福.迎接知識經(jīng)濟(jì)時代，轉(zhuǎn)變教育思想觀念，振興和創(chuàng)新高等教育［J］.大學(xué)化學(xué)，1999（01）.

［5］石智，隋國哲，姜澤鈺等.3D虛擬仿真技術(shù)在化工原理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用［J］.高師理科學(xué)刊，2015，35（10）：96-98.

［6］王秀娟.3D項(xiàng)目教學(xué)研究與實(shí)踐［J］.改革探索，2012：239.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.182

董鵬（1986-），男，甘肅會寧人，博士，講師、教師，研究方向：化學(xué)工程。