為了研究基于Magnus效應的擺動旋轉圓柱升阻力特性,讓學生直觀地理解學習基于Magnus效應的擺動旋轉圓柱產生升力的過程,設計了一種基于Magnus效應的擺動旋轉圓柱實驗教學平臺。該實驗平臺設計目的在于鞏固學生基礎理論知識,同時激發(fā)學生的學習興趣,培養(yǎng)學生動手能力,提高創(chuàng)新能力,為未來科研探索奠定良好的基礎。該實驗平臺對不同形式的圓柱模型進行受力研究,分析了圓柱擺動速度、擺動角度、轉速比、不同表面形狀等因素對擺動旋轉圓柱產生升阻力的影響,該平臺系統(tǒng)搭載循環(huán)水池試驗系統(tǒng),可以開展不同表面形狀的擺動旋轉圓柱實驗。學生在實驗教學開展過程中不僅可以學習觀察實際的科學問題,而且可以學習先進的實驗技術。 

【文章來源】：實驗技術與管理. 2020,37(09)北大核心

【文章頁數】：4 頁

【部分圖文】：

不同長徑比實驗圓柱模型

表1實驗工況表擺動速度/(r·min–1)轉速比旋轉速度/(r·min–1)307210301442030216305373715314742532111137975537914110679211659927644921412889221193210577351051414701052122503.2實驗設備3.2.1流場結構基于Magnus效應的擺動旋轉圓柱實驗是在哈爾濱工程大學三甲實驗室循環(huán)水池中進行的，具體實驗設備如圖5所示，循環(huán)水池試驗段為矩形截面，尺寸為1.7m（寬）×1.5m（高），流速由計算機控制，范圍為0~3m/s。圖5循環(huán)水池3.2.2伺服電動機伺服電動機相關參數如表2所示。表2伺服電動機參數電動機57HB150-80B功率/W240電壓/V12~60額定電流/A4.5最大轉速/(r·min–1)20003.2.3圓柱連接裝置圖6是旋轉圓柱連接裝置圖，包括六分力天平，天平的上端連接固定在循環(huán)水池上的橫梁，天平的下端固定在鋼板上，伺服電動機固定在鋼板上，水下電機連接在伺服電機的軸上，將圓柱安裝在水下電機上，由水下電機提供轉速；由伺服電機帶動圓柱擺動。圖6擺動旋轉圓柱連接裝置圖3.3實驗流程基于Magnus效應的旋轉圓柱實驗的流程包括以下幾個步驟：（1）擺動旋轉圓柱實驗前期準備；（2）連接擺動旋轉圓柱實驗裝置；（3）對擺動旋轉圓柱實驗裝置進行標定，確保實驗的準確性；（4）通過計算機調速器來調節(jié)伺服電機和水下電機的轉速；（5）調節(jié)圓柱的擺動角度；（6）用動態(tài)信號采集儀采集數據；（7）讀取平穩(wěn)段的數據并記錄；（8）分析數據，得出結論。4實驗結果與分析實驗得到的數據經過一系?

聳笛櫚淖既沸�。�?9是擺動速度為92r/min時升力隨擺動角度變化的趨勢圖，由圖9可知，隨著擺動角度的增加，升力增加，這是因為當圓柱擺動到極限角度的時候會突然變向，這時會產生方向相反的升力，從而會抵消一部分升力，而產生相反升力的這一區(qū)間是一定的，隨著擺動角度的增加，產生正向升力的區(qū)間增大，所以平均升力增大。通過此實驗平臺可以形象準確地展現(xiàn)出影響擺動旋轉圓柱升阻力特性的因素，能夠充分激發(fā)學生的學習興趣，將理論和實踐相結合，不僅能夠提高學習效率，還能培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。圖8擺動角度為120°時升力變化趨勢圖9擺動速度為92r/min時升力變化趨勢5結語本設計是一套基于Magnus效應的擺動旋轉圓柱實驗教學平臺，該實驗平臺能夠準確形象地演示出影響擺動旋轉圓柱升阻力特性的因素，使學生能夠簡單快速地了解基于Magnus效應的擺動旋轉圓柱的原理，在理解理論的基礎上，鍛煉學生的實踐能力，使其全方面發(fā)展。該平臺具有綜合性，不僅僅適用于擺動旋轉圓柱，也可以模擬其他模型如減搖鰭、舵等的受力情況。參考文獻(References)[1]王麗梅.基于創(chuàng)新性應用型人才培養(yǎng)的實驗教學方法研究[J].實驗技術與管理，2014,31(1):19–21.[2]邵曉玲，陳永泰，杜建國，等.實驗教學與創(chuàng)新人才培養(yǎng)[J].實驗科學與技術，2011,9(1):169–172.[3]祖強，劉加彬，孫岳明，等.大學本科實驗教學方法改革初析[J].實驗科學與技術，2015,13(3):88–90.[4]李慧中.高校實驗教學與創(chuàng)新人才的培養(yǎng)模式[J].湖南醫(yī)科大學學報（社會科學版），2009,11(5):159–161.[5]王亞玲，劉應中，繆國平.圓柱繞流的三維數值模擬[J]

【參考文獻】：
期刊論文
[1]大學本科實驗教學方法改革初析[J]. 祖強,劉加彬,孫岳明,胡凱.  實驗科學與技術. 2015(03)
[2]基于創(chuàng)新性應用型人才培養(yǎng)的實驗教學方法研究[J]. 王麗梅.  實驗技術與管理. 2014(01)
[3]船舶與海洋工程國家級示范中心建設思考[J]. 郭春雨,馮峰,曲先強,陳月鋼.  實驗室研究與探索. 2013(09)
[4]流體力學實驗教學改革與實踐[J]. 束秀梅,李華南,羅媛媛.  實驗室研究與探索. 2011(07)
[5]流體力學實驗的教學改革研究[J]. 江海斌,黃發(fā)軍.  教育教學論壇. 2011(18)
[6]實驗教學與創(chuàng)新人才培養(yǎng)[J]. 邵曉玲,陳永泰,杜建國,宋東林.  實驗科學與技術. 2011(01)
[7]高校實驗教學與創(chuàng)新人才的培養(yǎng)模式[J]. 李慧中.  湖南醫(yī)科大學學報(社會科學版). 2009(05)
[8]工程流體力學實驗教學的改革與創(chuàng)新[J]. 祝會兵,戴文琰,李建.  寧波大學學報(教育科學版). 2008(02)
[9]流體力學綜合性設計性實驗教學改革實踐[J]. 高迅,陳春光.  實驗科學與技術. 2005(01)
[10]基于提高學生動手能力的流體力學實驗教學模式[J]. 王輝,于清海.  實驗技術與管理. 2003(03)

碩士論文
[1]Magnus旋轉式減搖裝置的設計及其控制特性研究[D]. 杜雪.哈爾濱工程大學 2016



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