过程流体机械三维虚拟实验教学系统简介

《过程流体机械》是过程装备与控制工程专业的一门主干课程,其理论性和实践性都很强,该软件是针对大学专科、本科《过程流体机械》实验课程配套开发的可在网上开展的虚拟实验,软件模拟实验中用到的器材和设备,提供与真实实验相似的实验环境,提供网上实验教学过程管理功能,包括:典型实验库的维护、实验安排、提交实验报告、实验批改、成绩统计、实验答疑等功能模块。可满足高等学校和各类培训机构实验教学环节的需要,尤其适用于远程教学。不仅可作为过程装备与控制工程专业等的本科、大专教材,亦可供制造与使用各种流体机械的有关工厂、设计研究单位等的工程技术人员参考。

软件的目的意义:

目前,现实中的过程流体机械实验存在以下局限性:

1、硬件依存性较强,只能在特定实验室进行;

2、仪器设备数量有限,无法满足学生独立进行实验的需求;

3、部分实验具有一定危险性,如压力容器综合性能等实验;

过程流体机械三维虚拟实验教学系统课程包括5个实验,分别是:

1.往复式压缩机工作原理及应用实验

2.离心式压缩机工作原理及应用实验

3.典型离心泵的工作原理及应用实验

4.往复式压缩机性能测定虚拟实验

5.压力容器综合性能虚拟实验

1.往复式压缩机工作原理及应用实验

本实验的实验目的是使实验者通过认识往复式压缩机的内部结构,熟恶并学会压缩机的拆装,并观察压缩机内气体的压缩过程,掌握往复式压缩机的工作原理。实验开始前有新手引导,实验者可通过鼠标和键盘在实验室中漫游,观察设备,调节视角。

实验者根据引导站到指定位置后,工作原理按钮高亮提示,实验者点击工作原理按钮,压缩机以动画形式演示其工作原理,并将设备表壳透明化,使实验者能世界看到设备内部结构,并使空气变得具象化,使实验者能够理解压缩机抽象的工作原理。设备演示原理期间,实验者可以360度观察设备,并对设备细节放大进行学习。

对原理学习完后,点击界面左侧的设备拆装按钮,设备表壳从透明变回不透明,系统在屏幕下方给出提示引导语,并以高亮提示需要进行拆卸的构件,学生通过引导语和高亮提示就能够对构件在设备上的位置有直观的认识;点击高亮区域,构件从设备上被拆卸下来。实验者根据系统提示按顺序逐步对压缩机进行拆卸。其中在精细拆卸环节,系统会提示实验者右键点击装置,然后将要拆卸的装置在屏幕中央进行悬浮展示,高亮其内部结构并进行逐层拆卸。

2.离心式压缩机工作原理及应用实验

本实验的实验目的是使实验者通过认识离心式压缩机的内部结构,熟恶并学会压缩机的拆装,并观察压缩机内气体的压缩过程,掌握离心式压缩机的工作原理和离心式压缩机的喘振机理。实验开始前有新手引导,实验者可通过鼠标和键盘在实验室中漫游,观察设备,调节视角。

点击界面左侧的工作原理按钮,压缩机以动画形式演示其工作原理,并将设备表壳透明化,使实验者能世界看到设备内部结构,并使空气呈蓝色从而变得具象化,使实验者能够理解压缩机抽象的工作原理。设备演示原理期间,实验者可以360度观察设备,并对设备细节放大进行学习。

对原理学习完后,点击界面左侧的设备拆装按钮,可看到设备拆装分为四个子模块:手动拆卸、自动拆卸、手动组装、自动组装。

点击手动拆卸,系统在屏幕下方给出提示引导语,并以高亮提示需要进行拆卸的构件,学生通过引导语和高亮提示就能够对构件在设备上的位置有直观的认识;点击高亮区域,构件从设备上被拆卸下来。实验者根据系统提示按顺序逐步对离心式压缩机进行拆卸。

被拆卸下来的零部件展开在空中,使实验者能够对零部件的形状和位置有能够更好认知,全部拆卸完毕后,下方给出提示。使用鼠标指向零部件,则屏幕上会出现该零部件的名称标签。

再次点击设备拆装,选择手动组装子模块,根据屏幕下方的提示文字,依次点击正确的零部件,选择正确时,该零部件会自动安装到设备上。

自动拆卸和自动组装子模块则不需要实验者操作,系统自动进行拆卸和组装,并在屏幕上以动画形式展示,下方对于动画操作实时给出文字介绍,实验者还不会拆装时,可通过观看自动拆卸和组装动画对设备有初步的了解和认识。

3.典型离心泵的工作原理及应用实验

本实验的实验目的是使实验者通过实验能够了解和掌握离心压缩机的工作原理及应用。

点击界面左侧的工作原理按钮,压缩机以动画形式演示其工作原理,并将设备表壳透明化,使实验者能世界看到设备内部结构,并使空气呈蓝色从而变得具象化,使实验者能够理解压缩机抽象的工作原理。设备演示原理期间,实验者可以360度观察设备,并对设备细节放大进行学习。

点击界面左侧的设备拆装按钮,可看到设备拆装分为四个子模块:手动拆卸、自动拆卸、手动组装、自动组装。点击手动拆卸,系统在屏幕下方给出提示引导语,并以高亮提示需要进行拆卸的构件,学生通过引导语和高亮提示就能够对构件在设备上的位置有直观的认识;点击高亮区域,构件从设备上被拆卸下来。实验者根据系统提示按顺序逐步对离心式压缩机进行拆卸。

被拆卸下来的零部件展开在空中,使实验者能够对零部件的形状和位置有能够更好认知,全部拆卸完毕后,下方给出提示。使用鼠标指向零部件,则屏幕上会出现该零部件的名称标签。

再次点击设备拆装,选择手动组装子模块,根据屏幕下方的提示文字,依次点击正确的零部件,选择正确时,该零部件会自动安装到设备上。

自动拆卸和自动组装子模块则不需要实验者操作,系统自动进行拆卸和组装,并在屏幕上以动画形式展示,下方对于动画操作实时给出文字介绍,实验者还不会拆装时,可通过观看自动拆卸和组装动画对设备有初步的了解和认识。

4.往复式压缩机性能测定虚拟实验

本实验的实验目的是使实验者通过实验能够了解和掌握压缩机指示功率和排气量的测量方法;能够直观地看到压缩机的实际压缩过程,学会分析压缩机的工作情况。本实验中涉及的实验设备有往复式压缩机、GY-III压缩机排气及功率测定装置系统、电荷信号放大器、数据采集转换器、前置适配器。

实验者根据引导站到指定位置后,界面左侧的工作原理按钮高亮提示,点击工作原理按钮,压缩机以动画形式演示其工作原理,并将设备表壳透明化,使实验者能世界看到设备内部结构,并使空气变得具象化,使实验者能够理解压缩机抽象的工作原理。设备演示原理期间,实验者可以360度观察设备,并对设备细节放大进行学习。工作原理演示完毕后。

界面左侧的注意事项给出了本实验中需要注意的潜在安全风险和规范的操作步骤,并在仿真实验步骤中,严格遵从注意事项,培养学生规范实验的意识和习惯。视点选择按钮使实验者能够快速切换视角,方便实验者对不同设备进行操作。

压缩机运行过程中,GY-III压缩机排气及功率测定装置系统会对压缩机排气功率进行测定和记录,实验者可将视角切换到电脑进行查看,当实验者视角在其他位置时,实验数据会以小屏形式展示在屏幕上。

5.压力容器综合性能虚拟实验

压力容器经常处理高温、高压、毒性介质,一旦发生破坏,后果不堪设想。因此在学习中深刻理解压力容器的受力过程和破坏形式对避免压力容器安全事故至关重要。由于压力容器应力无法感知,实验室测试无法使学生建立真正的概念,工作中仍会犯错,而外压失稳过程过快,学生来不及观看即使是实验室级别的高压容器爆破实验仍存在一定的危险性,同时高压容器实验件价格较高,导致实验成本很高。

过程装备虚拟仿真教学中心正是面向过程装备与控制工程专业而提出的先进、智能、绿色的教学手段。压力容器虚拟仿真实验提供了针对大型、高温、高压、处理毒性介质的过程装备实验的解决方案,提供了安全、节能、环保以及可重复性的实验练习手段。

实验分为三个子实验:内压薄壁容器压力测定实验、外压容器失稳实验和高压容器爆破实验。

5.1内压薄壁容器压力测定实验

内压薄壁容器压力测定实验的实验目的为:(1)测定内压薄壁圆筒外表面不同点的两向应力大小;(2)测定内压薄壁容器各封头外表面不同点的两向应力大小;(3)学习和了解测量元件、仪器等的正确使用及测试技术。(4)学习和掌握测试数据处理的理论和方法。

实验原理为:物体在力的作用下也会产生相应的变形,本实验应用电阻应变仪测量压力容器筒体和封头连接部位的应变,并根据应力与应变的关系得到其应力。将电阻应变片用胶水粘贴在封头外壁面上,应变片将随封头的拉伸或压缩一起变形,应变片的变形会引起应变片电阻值的变化。

点击实验界面左侧的认知模式按钮,选择实验器材可查看实验室中的器材,使用鼠标悬浮于设备上方,会出现相应的名称标签。

实验操作分为学习模式和考核模式,实验者可以在两种设备间选择一个进行实验,系统会以高亮提示实验者应该进行操作的结构,并在屏幕上方给出提示文字,实验者跟随引导点击高亮区域,并点击实验中的虚拟设备电脑,进行联机数据采集,在电脑上得出测量数据并计算,得出曲线。

5.2外压容器失稳实验

本实验的实验目的为使了解外压薄壁容器受力后的破坏形式,并通过实验观察其失稳的形状与波数。让学生测量圆筒形试件失稳破坏时的临界压力并与试件失稳的实测值比较,验算上述圆筒形试件中部设有加强圈后的波形数与临界外压。通过实验,使学生对实验的研究方法和设计方案有较深入的理解,从而培养学生的动手能力和创新能力。

实验原理为圆筒形容器在外压作用下,常因刚度不足使容器失去原有形状,即被压扁或折曲成波形,这就是容器的失稳现象,容器失去稳定性时的外压力,成为容器的临界压力,用Pcr表示。圆筒形容器失去稳定性后,其横截面被折成波形,波数n可能是1,2,3,4,....等任意整数,容器承受临界值的外压力而失去稳定性,并非是由于容器壳体本身不圆,即使绝对圆的壳体也会失去稳定性。当然如壳体不圆(具有椭圆度)容器更容易失稳即它的临界压力值会下降。

点击实验界面左侧的认知模式按钮,选择实验器材可查看实验室中的器材,使用鼠标悬浮于设备上方,会出现相应的名称标签。
实验操作分为学习模式和考核模式,实验者可以在两种设备间选择一个进行实验,系统会以高亮提示实验者应该进行操作的结构,并在屏幕上方给出提示文字,实验者跟随引导点击高亮区域,逐步进行操作,采用游标卡尺等测量工具测量三次试件的壁厚和内直径,最后查看失稳状态。

5.3高压容器爆破实验

本实验的实验目的是使学生初步掌握压力容器整体爆破的实验方法及装置;观察并分析实验过程中所出现的各种现象。让学生测定圆筒塑性变形开始和结束时的屈服压力值和圆筒破坏时的爆破压力,并通过计算验证理论公式。让学生对容器的爆破口及断口做出初步的宏观分析和对爆破容器的性能进行评价的初步训练。

点击实验界面左侧的认知模式按钮,选择实验器材可查看实验室中的器材,使用鼠标悬浮于设备上方,会出现相应的名称标签。

验操作分为学习模式和考核模式,实验者可以在两种设备间选择一个进行实验,系统会以高亮提示实验者应该进行操作的结构,并在屏幕上方给出提示文字,实验者跟随引导点击高亮区域,逐步进行操作,采用游标卡尺等测量工具进行了三次测量,学生可点击左侧实验数据按钮查看实验中采集的数据进行查看,并在电脑上查看实验结果,最后点击左侧容器爆破过程按钮查看容器爆破。

系统服务器端用户分为学生、教师、教务管理员和系统管理员四种角色,不同角色拥有不同权限。

学生:选课、选择实验、开展实验、接受实验指导、在线提交实验报告、保存和提交实验结果、查询实验成绩和批语。

教师:典型实验库维护、发布实验、安排实验、批改实验报告、系统指导、统计并发布学生的实验成绩和批语。

教务管理员:课程计划、开课计划、选课日期设置、开课审核、开课查询。

系统管理员:用户管理、分组管理、角色管理、权限管理、系统维护等。

性能指标

支持同时在线用户数1万人以上,经测试,系统运行稳定,不限终端用户数,完全能满足日常教学使用。

服务器运行环境

操作系统:WindowsServer,Linux/UnixServer

Web服务器:Tomcat6.0,JDK6.0

数据库:MySQL

客户端运行环境

操作系统:AllWindows系列

相关信息:

研制单位:北京邮电大学北京润尼尔网络科技有限公司

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