“航煤储罐小呼吸蒸发损耗”仿真系统开发

丁清苗 崔艳雨

【摘要】通过对机场油库航煤储罐小呼吸蒸发损耗虚拟仿真教学实验平台的开发，操作者可以通过在模拟现实场景，利用智能穿戴设备来操纵虚拟的航煤储罐温度测试系统、油气混合气采样系统、油气浓度分析系统得到油品和油气空间温度和浓度的分布规律，得到航煤储罐小呼吸蒸发损耗量，替代原危险性大的实物实验项目，为其他此类型虚拟仿真实验平台的开发提供经验。

【关键词】航煤储罐  小呼吸蒸发损耗  仿真教学实验

【基金项目】中国民航大学实验技术创新基金项目“基于VR技术的机场油库航煤储罐小呼吸蒸发损耗虚拟仿真教学实验开发”项目（2018CXJJ17）资助。

【中图分类号】TM743 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2020）04-0227-01

1.研究背景

“油库设计与管理”作为油气储运专业重要的必修课程之一，是一门实践性极强的课程。“油库设计与管理”课程在教学过程中虽然强调理论与实践结合，但实际上区别于其他专业和课程的实验实践项目，很多需要用到油品的实践项目难以实现或无法实现，如“油库设计与管理”课程的量气法测定储罐小呼吸蒸发损耗实验需要用到高温加热100多升汽油，存在很大的安全隐患;油库方面多数实物实验投资大且同样存在安全风险;且现有实验都没有涉及到机场油库相关项目，而去中航油等企业现场实习都不允许学生动手操作，学生往往很难接触到实际的生产装置。这些都直接制约了油品类实验实践项目的开展，影响学生能力的培养，严重影响教学效果。

VR虚拟仿真技术，可以利用VR眼镜和虚拟仿真系统操纵活动手柄，实现难以实现的实际场景，其真实度和体验性跟人在现实世界中操作设备进行实验训练相差无几。当需要对虚拟仿真实验项目进行更新升级时，只需重在原来基础上新建模即可，快捷方便，不需要过多维护，也不会因为设备过时而产生折旧造成资源浪费。机场油库航煤储罐小呼吸蒸发损耗虚拟仿真教学实验平台的开发将原本难以实现的实验过程利用VR技术仿真进行，对于提高学生兴趣，改善教学效果都有很大的好处。

2.仿真系统的设计与开发

2.1 VR虚拟实验平台框架构思：

总结机场油库航煤储罐的特点，理论和实验分析航煤小呼吸蒸发损耗的特点和规律，运用VR技术与专业课程特色相结合，分析总结系统设计的原则、方法及要素，科学地设计面向在校大学生的基于VR技术的机场油库航煤储罐小呼吸蒸发损耗虚拟仿真教学实验平台的框架。机场油库航煤储罐小呼吸蒸发损耗实验装置主要由航煤油罐、气体含量分析系统、恒温循环水浴、太阳加热模拟系统、气体流量计、温度传感系统、水准瓶等组成。

2.2 虚拟仿真教学实验平台建模：

根据机场油库航煤储罐小呼吸蒸发损耗虚拟仿真教学实验平台框架，根據科学性、交互性、直观性原则创建虚拟场景和实验设备内容，根据脚本进行虚拟现实程序开发，实现交互操作和仿真的实验结果。可以实现操作者“进入”虚拟空间，根据指引面向实验台，根据实验指导书中规定实验内容在虚拟实验室中完成实验过程，进行参数测定得到实验结果。最后归纳总结此实验，完成提交实验报告，完全实现与实际实验基本一致的效果。

3.仿真系统功能介绍

本仿真系统可以实现用量气法测定航煤储罐的小呼吸蒸发损耗量，计算公式为G=QCρ。

Q代表实验过程中呼吸阀开启后航煤储罐所呼出的空气和航煤蒸汽的二元混合气气体的体积量，可以通过气体流量计的累积量直接测出。C代表混合气中航煤蒸汽的浓度，可以通过气体含量分析系统多次测量获得。ρ代表航煤油蒸汽的密度。实际实验时要获得这个公式所需参数，除了要用到混合气气体的体积量Q、混合气中航煤蒸汽的浓度C，还要测定温度T、压力P这些参数。为了测定这些数据，可以实现功能如下：

（1）测定压力阀开启前航煤储罐内温度、压力和浓度：此时太阳模拟加热系统处于关闭状态，依次从温度传感器传出来的温度数据读取油气空间中部温度t0值，并从压差计读出罐内外压差，计算出罐内压力P0，同时用气体含量分析系统对航煤储罐内中部的气样进行分析，求出浓度C0。

（2）测定压力阀开启时航煤储罐内温度、压力和浓度：打开太阳模拟加热系统进行加热，注意观察航煤储罐内温度、压力变化情况。当呼吸阀冒出第一个气泡时，认为呼吸阀开启，计此时为呼气起始状态。记下气体流量计的读数Q1，这时应马上记录油气空间中部气体的温度t1值和罐内压力P1值。同时测定该状态下中点气样进行浓度分析，求出C1。

（3）测定压力阀关闭时航煤储罐内温度、压力和浓度：当气体空间中点温度达到某一数值时，假定此时为呼出终了状态。此刻停止加热，读出气体流量计的数值Q2，马上记录油气空间中部气体的温度t2和罐内压力P2。同时测定该状态下的中点气样浓度，求出C2。

4.结论与展望

“油库设计与管理”课程在教学过程中强调理论与实践结合，但实验项目如“小呼吸蒸发损耗实验”涉及到高温加热100多升汽油存在很大的安全隐患，开发其他实物实验投资大且同样存在安全风险，为了解决此问题，利用VR技术开发机场油库航煤储罐小呼吸蒸发损耗虚拟仿真教学实验平台，此教学平台通过仿真实现模拟装置情景再现，让学生身临其境进行实验操作并进行操作考核，既能将理论与实践结合提高学生学习兴趣，又能解决实物操作的安全问题，且节约实验教学成本，同时为其他实验项目和平台的开发借鉴经验。

作者简介：

丁清苗（1984-），女，博士，副教授，主要从事油气储运设备方面的研究。