以相似理論為指導思想,采用數(shù)值仿真技術,設計了虛擬仿真水電模擬實驗平臺。它基于Matlab平臺,對實驗過程中出現(xiàn)的電場進行數(shù)值模擬,并通過面向對象的編程技術,將仿真的結果嵌入到VB開發(fā)的軟件框架中,實時模擬實驗室的操作步驟。水電模擬實驗虛擬教學平臺由電場模擬、電路模擬、移動測量、數(shù)據(jù)顯示和實驗指導模塊構成。前4個模塊分別對應物理模擬實驗裝置中的油藏模擬、低壓電路、測點定位、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),第5個模塊是為了滿足實驗教學的需求而增加設定的。以具體的實驗為例,驗證了所設計的實驗平臺的可行性和有效性。相對于常規(guī)的物理模擬實驗系統(tǒng),虛擬實驗系統(tǒng)具有節(jié)約實驗耗材、課時安排靈活等優(yōu)勢,具有較強的實用意義和推廣意義,教師可利用仿真虛擬實驗平臺輔助物理模擬實驗課程教學,以達到最優(yōu)的教學效果。 

【文章來源】：實驗室研究與探索. 2018,37(09)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

虛擬實驗平臺斷電狀態(tài)界面圖

第37卷圖5虛擬實驗平臺斷電狀態(tài)界面圖1－移動滑塊，2－模擬絲桿，3－虛擬探針，4－模擬油藏，5－電控模塊，6－數(shù)據(jù)顯示模塊，7－實驗指導模塊圖6虛擬實驗平臺工作狀態(tài)界面圖3虛擬仿真教學平臺功能模塊介紹水電模擬實驗虛擬仿真教學平臺分為:流場模擬、電路模擬、移動測量、數(shù)據(jù)顯示和實驗指導模塊。前面4個模塊分別與實驗裝置的4個系統(tǒng)相對應，實驗指導模塊是為了滿足教學需要而在虛擬實驗平臺中額外增加的模塊。各模塊的功能和特點如下:模塊1電場模擬模塊。電場模擬模塊如圖6中的4所示，對應模擬實驗裝置的油藏模擬系統(tǒng):將通過Matlab的PDE工具箱求解式(4)得到的圖4嵌入到VisualBasic6．0開發(fā)的軟件框架里，即可得到，圖中不僅顯示了電位的分布，還顯示了反映正電荷運動的速度矢量場和等勢線，很好地通過電場的分布特征反映出油藏中壓力的分布，流體的滲流速度矢量場和等勢線，相比于物理模擬實驗具有更好的可視化效果。通過電路模擬模塊中的電源開關控件來控制電場分布圖的顯現(xiàn)與隱藏，模擬在教學實驗室中進行物理模擬實驗時電源開關引起的CuSO4溶液池中電場的有無，現(xiàn)象明顯，視覺效果佳，動作逼真，用戶體驗良好。模塊2電路模擬模塊。電路模擬模塊如圖6中的5所示，實驗裝置的低壓電路系統(tǒng)，可輸出連續(xù)可調的交流電壓�？梢酝ㄟ^輸入“輸出電壓”的值，模擬物理模擬實驗過程中，改變輸出電壓的過程。模塊3移動測量模塊。移動測量模塊由圖6中的1、2、3組成，對應物理模擬實驗裝置的測點定位系統(tǒng):通過4個黃色的控件1，實現(xiàn)模擬絲桿在x和y這2個方?

第9期蘇關東，等:水電模擬實驗虛擬仿真教學平臺的設計表2等壓線數(shù)據(jù)表xyxy0．0000．6000．133－0．6000．2680．536－0．401－0．4680．4690．335－0．536－0．2680．5370．246－0．6010．0000．537－0．201－0．4680．4010．402－0．402－0．2670．534注:有效電壓U=28V圖7壓力漏斗曲線圖8等壓線綜上所述，在模擬教學實驗平臺上進行實驗，無論是操作過程，還是得到的數(shù)據(jù)都能基本滿足教學實踐的需要。5結語基于水電相似原理，以Matlab和VB為基本工具，結合數(shù)值仿真技術和面向對象編程技術，設計了滿足水電模擬實驗教學需求的虛擬仿真教學實驗平臺。采用了可視化的數(shù)值技術，通過Matlab對電場(滲流場)進行數(shù)值模擬仿真，再現(xiàn)電場(滲流場)的整體分布，得到了比實體實驗裝置相對較好的可視化效果，進而了提高課堂效率;同時，進一步將數(shù)值模擬仿真的結果鑲嵌到VB開發(fā)的程序中，添加用戶交互的功能，實時模擬實驗操作步驟。虛擬仿真教學平臺相對于傳統(tǒng)的實體物理模擬實驗系統(tǒng)具有直觀、可視化效果好、造價低廉、課時安排靈活等優(yōu)點。它為滲流力學實驗課教學實踐提供了另一行之有效的途徑。教師可以根據(jù)實際教學情況，合理安排結合虛擬實驗和物理模擬實驗的課程，以達到最優(yōu)的教學效果。致謝:衷心感謝中國石油大學(北京)李春蘭老師、趙蘭苓老師、涂彬老師、張逸群老師和朱舟元老師的幫助。參考文獻(Ｒeferences):［1］李春蘭．石油工程實驗指導書［M］．東營:中國石油大學出版社，2009:27-45．［2］高飛，韓國慶，吳曉東．水電模擬實驗方法研究［J］．科學技術與工程，2012，12(

【參考文獻】：
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本文編號：3227519