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中国科学技术大学工程科学虚拟仿真实验教学中心将工程学科中难以开展的高危、高成本、不可及或不可逆的实验建设成虚拟仿真实验,培养学生利用虚拟仿真技术学习理论,解决实际问题和锻炼实践能力,培养学生创新思维、工程思维和系统思维能力。中心基于网络平台将虚拟仿真实验资源与社会共享,为社会提供优质的学习资源。
软件工程技术人员使用JavaScript语言,借助3D Max绘制测试换热器性能的虚拟仿真实验系统,主要包括管壳式、板式和套管式三种换热器主体、冷热恒温水浴、系统管道、控制阀、调节阀、温度传感器、压力传感器和流量计、控制系统和数据采集显示系统。技术人员利用虚拟技术显示换热器的内部结构和流体在换热器内的流动状态,。
软件工程师在虚拟实验台周边设置多个虚拟窗口显示实验数据和过程变化曲线。工程师利用经验公式和控制方程组,以虚拟实验系统为边界,模拟计算换热过程中换热器内换热流体的流动状态和物性变化,并将计算数据传递给传感器和虚拟窗,实时显示换热器的换热性能的多组测试数据。
学员登录平台,学习和操作换热器虚拟仿真实验。为了提高人机互动,平台设有换热器设计一项,学员以自己的需求设计换热器,完成设计后,将换热器安装到虚拟仿真实验平台上进行测试。学员操作实验时,后台将学员的操作动作转换成数据传递给方程组,计算出换热器系统的状态变化,显示实验结果。虚拟实验平台用SQL Server管理数据库,后台记录学员的每一步操作和实验结果。实验结束后,平台评估学员的换热器设计方案、实验参数设置、实验步骤和实验数据,给出实验成绩。
学员在网络终端上登录虚拟仿真平台运行换热器虚拟仿真实验系统,只需要支持“WebGL-3D Canvas graphics”技术的浏览器,如IE11、Edge、Firefox、Google、Safari11、iOS Safari、Chrome for Android、UC Browser for Android、Samsung Internet等,而无需下载插件,简单方便。通过学习学员能了解三种换热器的结构和参数设计,了解流体流速、温差和结构对换热效率的影响,极大拓宽了换热器性能测试的实验内容。