泵与风机虚拟实验教学系统的探究

曹志旭 虞娇婷 李高俊

摘 要：伴随着互联网产业的发展与进步，互联网技术渐渐的融入到数字化教学当中来，使得教学方法与途径变宽变广，教学效果显著，尤其是实验教学方面，更是受益良多。越来越多的实验通过计算机技术，尤其是对Adobe Flash、Visual Studio等的应用，进行定性重现和定量模拟，原本在纸上、在实验室的操作实验，通过GPU跃然屏幕之上。该文所述泵与风机中离心式水泵性能试验与离心式风机进气实验，就是基于以上技术进行开发探究的。

关键词：互联网技术 Flash 泵与风机 实验教学

中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（b）-0000-00

1 泵与风机实验教学

泵与风机实验是流体机械本科教学中至关重要的一部分，其中有较为冗杂的数据处理和实验计算，如果仅凭人为进行实验项目，不仅耗费巨大的时间和精力，还容易造成实验误差，不利于实验的进行和总结，在本科生教学中，需要进行智能化和电算化的改进，以加强学生对实验教学内容的掌握，促进实验教学顺利开展。

2 互联网技术的应用

在此次泵与风机实验系统的开发探究中，使用相关的教具——离心式水泵、离心式风机进行实验，经过反复实验和对实验数据进行处理，得出更加接近真实环境的实验数据，进而运用Fluent软件进行数据模拟，得出实验数据对应的模拟曲线，再确定出准备植入Flash的数据；运用Adobe Flash CS6软件，进行动画创作与应用程序开发，调动数据库中动画、图形、声音和视频，按照时间轴的顺序排列，逐帧的进行制作，对实验系统进行描述，对实验步骤进行演示；该教学方法的探究是应用Visual Studio工具进行编程，来实现泵与风机实验数据的智能化和电算化。Visual Studio编程开发工具具有保密性、封装性和传播快速性，将实验移植到移动互联网上。使用多级窗体界面，将泵与风机中离心式风机与离心式水泵实验过程转化成VS程序代码，通过第三方数据处理工具的植入，完善实验界面中数据处理部分。同时，通过静态网页实现多窗体数据传递转化功能。基于已安装的IIS工具，创建网站，发布在校园网中，通过控制访问权限，实现局域网实验数字化。通过开放的代码，增加实验教学系统的可移植性，不断丰富系统的，使之多元化。

3 开放式虚拟实验之于实验教学

该实验平台是一个集学生管理程序和实验课程教学指导、网络仿真实验等虚拟实验为一体的校园实验教学系统。虚拟实验教学平台综合运用了计算机技术、仿真与实践相结合、在线实验、虚拟现实等技术，使实验的进行不再受人为因素的限制，解决了因设备限制而无法进行实验的问题，在确保实验教学方面起着至关重要的作用。

4 相关泵与风机实验理论基础及设计方案

4.1离心式水泵性能实验

（1） 流量。由于涡轮流量变送器与积算频率仪表配合使用，仪表本身装有换算装置，测量数据直接显示出容积流量，其瞬时流量单位为m3/h。同时利用三角水堰测量水泵流量，其计算公式如下：

（m3/s）

（2） 扬程。水泵压强测点布置如图1所示。当水泵进、出口管内径相等时，由伯努利方程可得： （m）

（3） 功率。

①有效功率 （kW） ②轴功率Psh=M（kW）

（4） 效率

图1

虚拟实验平台模拟实验过程如下：打开水泵，水经过电动泵的作用通过吸水管道进入回路中，最后经由水箱流回吸水池。通过改变入口阀开度来改变水泵工况。要求改变阀门的开度，水流的速度相应发生改变。分别布置真空表测量入口压强、出口压强，通过涡轮流量计和后面的三角水堰测量流量，通过转矩测量仪测量转矩，通过转速测量仪测量转速。要求虚拟实验对应的测点有相应的数据显示，要求三角水堰在工况变化时高度能够连续变化。

调节：改变入口阀4的开度实现水泵工况的调节。要求做一个按钮，能够改变10次，改变过程中表3和10中的指针连续变化，其余测点的示数连续变化。

4.2离心风机进气实验

通过增加（或减少）集流器入口节流网层数的方法来调节风机流量，使风机运行于不同的工况点。

（1） 流量 （m3/s）

（2） 动压。

①出口动压（即风机动压） （Pa）

②进口动压 （Pa）

（3） 风机全压与静压。

风机的全压 （Pa）

风机的静压

（4） 全压效率和静压效率。

（5） 性能换算。

图2

启动风机，空气由左口的集流器处进入风机，右侧离开，要求大致描述空气的流动情况；通过增加（或减少）集流器入口节流网层数的方法来调节风机流量，改变风机的工况点。测量点有集流器喉部静压pest、pest1，功率表有转速测量仪，要求各测点需要显示相应的测量值。通过改变2处的节流网的层数来改变工况，要求操作按钮，从小到大一共改变15次，改变节流网的层数时各个测点的数据需要有相应的变化。

参考文献

[1] 吕玉坤，叶学民，李春曦，等.流体力学及泵与风机实验指导书[M].北京：中国电力出版社，2008.

[2] 张福龙.流体力学经典实验雷诺实验FLASH 模拟[J].科技风，2013（11）：60.

[3] 虞娇婷，陈都，曹志旭.基于FLASH的虚拟流体力学实验平台设计[J].科技风，2015（5）：128.

[4] 余筱洁，周存山，符庆功，等.开放式虚拟实验平台构建及其管理模式[J].安徽农学通报（下半月刊），2011，17（22）：119-120.

[5] 陈志刚，等.动力机械示范实验室实验教学新模式的构建与实践，2009.