综合管廊燃气管道泄漏模拟实验台的研制

通过对真实地下综合管廊内燃气管道敷设情况分析,设计并搭建了综合管廊燃气管道泄漏模拟实验台。该实验台采用N_2在充满CO_2气体的管廊模型中泄漏的方法,模拟真实管廊内燃气管道的泄漏,在控制气体采样系统进行多点、同时采样后,由数据处理系统进行气体成分和含量的分析,可用于泄漏后燃气扩散规律的研究。使用Fluent软件中设置与实验工况相同条件,对综合管廊燃气管道泄漏情况进行软件模拟,并将结果进行比对,误差范围在20%以内,证明了该实验台可行。该实验台具有操作简单、安全可靠等特点,通过设置不同的实验条件,进而可探究破损点大小、管廊内通风换气次数、燃气管道压力对燃气泄漏扩散情况的影响。     

大气环境气体扩散特性的虚拟仿真实验与可视化教学

泄漏事故中易燃易爆气体在大气环境中的扩散难以通过实验进行较为真实的还原，给这类事故的实验教学带来一定困难。为解决这一问题，该文对五种稳定度等级下的大气环境开展了的虚拟仿真，并利用实验数据验证了仿真系统的可靠性。在此基础上，开展了不同工况的虚拟泄漏实验，实现了对气体泄漏过程的可视化展示。与此同时，将高斯烟羽模型的预测结果与仿真结果进行了对比，以可视化方式说明了参数不同取值对模型预测精度的影响。     

数字化液化天然气接收站综合实验平台开发

设计了数字化液化天然气(LNG)接收站综合教学实验平台,集成了DCS、SIS、FGS和报警管理等多层面立体安全技术屏障技术,实现了模拟开车启动运行、操作卸船、气化外输、站内循环与操作倒罐5种模式,并创新开展了不同工艺单元泄漏场景模拟及其相应的安全与应急实验对策,包括压力保护系统、模拟报警泛滥的管理和气体探测等实验内容。通过该数字化综合实验平台的建设,对探索在国际化工程教育的视野下,如何达成先进教学实验平台与培养方案、课程体系建设之间的互动影响,提供了重要的微观案例与技术实现基础。     

三维阵列电阻率测井教学实验系统研制

研制了一种三维阵列电阻率测井教学实验系统,用于模拟钻孔地层电阻率测量的教学实验,并分析了井周异常体对测井响应影响。该系统包括仿真地层模块、井下仪测量模块和响应信息处理模块,可提供3种探测深度、6个方位共计21条电阻率曲线,利用计算机处理成图。以裂缝地层为例,开展三维阵列电阻率测井仿真模拟的实验教学,并将物理模拟测量同数值仿真结果结合,帮助学生理解电阻率测井原理及其在地层评价中的应用,也有助于提升学生的实践动手能力。     

油气储运多相流动教学实验平台建设

针对油气储运专业多相流动技术实验教学的需要,设计建设了一套大型综合性油气储运多功能多相流动教学实验平台。该平台可模拟油气水多相流动工艺系统及其运行工况、天然气输送管道水合物浆体流动、陆上起伏管道天然气输送、多相流动腐蚀研究及多相流动传热传质研究等教学实验。该平台可提供验证性、创新性以及综合性的实验内容,满足油气储运专业以及石油工程等大类专业的本科生学习的需要,有利于锻炼和提高学生的专业技能和动手能力。     

飞翼布局无人机实验平台设计与实现

探索了飞翼布局无人机的设计思路,完成了2种设计方案,利用CFD方法获得了该飞机基本气动数据,建立了方案B的CATIA三维数字样机,实现了实验平台的制作、装配和测试工作,基于该实验平台开展了一系列飞行实验。CFD计算结果和试飞数据验证了设计方法的可行性,体现了实验平台的通用性及良好的工程应用前景。     

气体和粉尘燃爆机理实验平台设计

设计了一种多结构、多段式气体、粉尘燃爆机理实验平台。该实验平台可实现直管、弯管和分叉管自由组合,可以模拟各种工业实际工况下气云、粉尘燃爆实验,探究燃爆事故机理,提出事故防治技术措施。详细阐述了实验平台功能需求、平台构成、爆炸管段设计计算、数据处理、实验结果分析等。学生通过实验,可以了解易燃易爆气体、粉尘燃烧爆炸的基本现象、爆炸效应及爆炸机理,掌握燃烧、爆炸测试中高频数据采集、处理的方法,加深了学生对可燃气体、粉尘燃烧爆炸规律与防治的认识,提高了学生的安全意识。     

地铁区间隧道火灾情况下的烟气扩散研究

针对地铁区间隧道火灾烟气扩散技术研究难点,利用CFD软件STAR-CCM对郑州地铁一号线某区间隧道进行火灾数值模拟,确定火灾强度为7.5 MW,保证烟气单向扩散临界风速不小于2.0 m/s。实验表明,在隧道火灾发生后,向火源下游逃生的人员应尽量降低自己的高度（比如弯腰前进或匍匐逃离等）沿隧道中线逃离。通过现场试验,将在同种工况下测得的烟气流动状况与数值模拟结果对比,运用更可靠的数值模拟方法模拟火灾烟气流动,其研究结果可为研究烟气流动情况和制定疏散方案提供重要参考依据。     

气体泄漏多维浓度场模拟装置研制及教学应用

科研案例教学法是推进科教融合、提升教学效果的重要举措.为了提升“燃烧学”“消防工程”等课程中关于气体的扩散行为及气体泄漏过程中的多维浓度场特征等抽象知识点的教学效果,研制了气体泄漏多维浓度场模拟装置,并以甲烷泄漏实验为例,将其应用于课程教学中.结果 表明,使用该装置后明显提升了学生对前述知识点的掌握程度,而且锻炼了学生...     

水电模拟实验虚拟仿真教学平台的设计

以相似理论为指导思想,采用数值仿真技术,设计了虚拟仿真水电模拟实验平台。它基于Matlab平台,对实验过程中出现的电场进行数值模拟,并通过面向对象的编程技术,将仿真的结果嵌入到VB开发的软件框架中,实时模拟实验室的操作步骤。水电模拟实验虚拟教学平台由电场模拟、电路模拟、移动测量、数据显示和实验指导模块构成。前4个模块分别对应物理模拟实验装置中的油藏模拟、低压电路、测点定位、数据采集系统,第5个模块是为了满足实验教学的需求而增加设定的。以具体的实验为例,验证了所设计的实验平台的可行性和有效性。相对于常规的物理模拟实验系统,虚拟实验系统具有节约实验耗材、课时安排灵活等优势,具有较强的实用意义和推广意义,教师可利用仿真虚拟实验平台辅助物理模拟实验课程教学,以达到最优的教学效果。     

油气田井下磨铣工具教学实验平台设计与开发

针对油气田井下磨铣工具工作过程复杂、观测不便、危险程度高等问题,利用机电一体化技术设计开发了一种用于模拟井下磨铣工具工作过程的教学实验平台,本平台主要由动力模块、传动模块、磨铣模块、电缸模块和测控模块组成,可以对不同结构类型磨铣工具的工作过程进行教学演示,并实时采集磨铣过程中的转矩、转速与钻压等数据,完成磨铣工具的实验分析。本平台可以直观演示井下磨铣工具的工作过程,有助于学生加强对油气田施工现场的认识,加深对井下工具结构原理和工作过程的理解,并为学生开展创新训练和科学研究提供了实验条件。     

分布式光纤管道泄漏检测实验平台设计与搭建

针对常见输送管道泄漏事故,设计了基于分布式光纤技术检测管道泄漏的实验平台,阐述了实验平台功能、平台构建、数据采集处理、监控系统设计以及泄漏检测软件开发等。通过开展模拟长输管道泄漏实验,让学生了解光纤泄漏检测系统的基本构成,掌握分布式光纤泄漏检测与定位基本原理,掌握光纤泄漏检测系统操作使用方法和泄漏事故发生后的处置方法,提高了学生的工程实践能力。     

易燃易爆气体泄漏报警系统的设计

提出了一种安全、有效的气体泄漏报警自动控制系统以及实现该系统功能的方法。报警系统中的气体检测器可实时向远程计算机传输实验室内的气体状态,并通过时间继电器控制防爆风机进行定时排气。当有可燃气体泄漏且检测浓度达到设定阈值时,该系统及时向实验人员发出声光报警,并同步关闭实验室内照明或其他设备电源、气体阀门,开启防爆风机排出泄漏气体,消除危险。此外,考虑到实验室无人的情况,系统能够自动拨打电话,及时通知实验人员,以便及时采取进一步的处理措施。实际测试发现,当可燃气体泄漏至设定阈值时,报警系统中的可燃气体检测模块、自动排气模块、气体隔断模块、电源隔断模块和控制模块能够迅速做出反应,时间不超过2 s,电话报警模块反应速度相对较慢,但不会对报警系统的关键性能造成影响。     

开放型随动系统实验平台的设计与开发

介绍了开放型随动系统实验平台的设计与开发过程,包括设计理念,机械设计、电气设计、软件设计及开展的相关实验等。该实验平台实验项目丰富,全面涵盖了时域、频域及设计与校正等经典控制的知识点,具备创新性。硬件上能够兼容自动控制模拟学习机或学生自主设计的硬件作为模拟控制器,软件上支持学生自主设计控制算法模块,具有较强的开放性。同时,该平台易于建立准确数学模型,便于学生对设计参数进行仿真分析及验证,具备理论指导性。     

智能物料搬运机器人教学实验平台设计与开发

针对智能物料输送过程宏观难以观察、成本昂贵难以复现等问题,利用机电一体化技术开发了一套模拟工厂物料输送的智能物料搬运机器人教学实验平台。该平台主要由控制模块、运动模块、机械手模块、检测模块、电源模块组成,可完成路径寻迹、任务领取、物料识别与搬运功能。该平台可直观展示工厂物料输送的工作过程,有助于加强学生对物料输送过程的认识,加深对机器人结构原理、电路架构、控制流程的理解,为学生开展认知实践、专项实验和综合创新提供学习平台,较好地提升学生的动手实践能力和科研创新能力。     

实验楼层内危险气体泄漏人员撤离预案研究

通过数值模拟手段,分析实验室楼层内危险气体扩散过程,研究实验室楼层内人员最佳撤离预案。研究显示:在危险气体扩散过程中,楼层人员必须在160s内全部撤离;氨气泄漏速率较低时,须在泄漏实验室门洞连接走廊通道处设置机械通风装置;当氨气泄漏速率达到0.05 g/s时,除设置机械通风装置外,还需在以上走廊通道的联通空间中设置机械通风系统;在氨气泄漏速率大于0.1 g/s时,应设置全面通风设置,需全面降低整个楼层的氨气浓度。     

甲烷爆炸实验教学的数值模拟设计与实践

该文基于CFD代码GASFLOW-MPI建立了20 L球型爆炸罐的数值模型,以一步甲烷燃烧反应化学模型为基础,考虑换热对爆炸的影响,研究了6%～15%不同浓度下甲烷爆炸的压力特性曲线及温度场变化,定量分析了热损失对甲烷爆炸特征参数的影响。将数值模拟结果与实验结果进行的对比验证表明,基于CFD代码GASFLOW-MPI的数值模拟结果能够准确复现甲烷爆炸实验过程,证明了甲烷爆炸过程中热量传递对爆炸过程产生的重要影响。     

车辆综合电子信息技术教学平台设计与实践

针对车辆综合电子信息技术课程的教学需要,研制了车辆综合电子信息技术教学演示与操作实验平台,完成了教学实验平台的架构设计、软硬件设计及教学实验设计,并基于该教学平台开展了教学实验。教学实践表明,通过该教学平台的使用,教学效果大大提升。     

计算流体力学在设施农业的应用

本文对计算流体力学(CFD)软件进行了简介,较为全面地介绍了国内外CFD软件对温室环境和畜禽舍环境模拟应用的研究现状及方法,对CFD使用的方法进行了分析,该软件模拟结果可对温该室及畜舍的建筑结构优化、环境参数的研究提供指导,指出在CFD模拟的过程中,对CFD模拟的验证是至关重要的.目前还没有一个统一的标准对模拟结果进行验证,本文在总结CFD软件实际应用方法的基础上,提出用粒子图像速度场仪(PIV)测试对CFD模拟的结果进行验证的方法.     

基于LBM与Matlab GUI的流体力学可视化教学与虚拟实验

采用LBM对流体力学教学中的经典案例进行了数值模拟,并基于Matlab GUI工具对其进行封装,开发了流体力学虚拟实验仿真平台。该仿真平台主要包含3个案例模块:顶盖驱动流、泊肃叶流和卡门涡街模块。学生可在用户界面上输入工况参数进行计算,并获得计算结果的直观展示。相对于流体力学传统教学方法,本虚拟仿真实验平台具有可视化效果好,计算速度快,界面清晰操作简单等优点,有助于加深学生对抽象概念与理论的理解认识,容易激发学生的学习兴趣和提高教学效果,值得在流体力学教学中进行推广。