项目化教学在初中物理教学中的应用研究

伴随着新时代背景下素质教育的深入推进,项目化教学在初中物理教学中的应用被广大教师所重视。本文通过采用问卷调查和实地观察的研究方法对项目化教学在初中物理教学中的实施效果进行分析。结果显示,项目化教学能够引导学生积极主动地参与到物理学习中,提高其学习物理的兴趣,同时也能让学生对物理知识的理解更深入。不仅如此,通过项目实践,学生的团队协作能力和解决问题的能力也得到了有效提升。因此,项目化教学对优化初中物理教学,提高学生物理学习效果具有重要的实践价值。然而,如何合理选择和设计项目,如何有效评价学生的项目成果仍是值得进一步探讨的问题,期望以此研究为教育工作者提供一些借鉴和启示。

多点喷射空气酒精燃气发生器试验验证

为有效解决现有燃气引射气源存在的诸多缺点,适应一种引射系统大流量、小型化的需要,在综合分析各燃气引射气源方案的基础上,研制了一种以空气、酒精作为推进剂的多点喷射结构的燃气发生器,并开展了多种工况下的试验研究。结果表明:采用的多点喷射方案大大提高了空间利用率,有效满足了引射系统小型化的要求;喷雾性能好,喷雾锥角及粒径优于设计指标要求;点火可靠性高,解决了领域内现有燃气发生器点火可靠性低的缺点;点火迅速,燃烧平稳,可实现较为均匀的出口温度场;燃气发生器工作范围较宽,能在余气系数2.52~4.34范围内稳定燃烧;高效的火焰筒内壁空气冷却方式有效保证了燃气发生器长时间工作运行。

基于环形燃烧室结构的燃气发生器设计与仿真

为有效解决高能化学激光器压力恢复系统无法实现小型化及机动性能等问题,提出了以高温气源替代常温空气作为引射气源的方案,并设计了一种基于航空发动机环形燃烧室结构的空气/酒精燃气发生器。采用CFD计算软件开展了燃气发生器的流场仿真计算,获取了燃气发生器冷态及燃烧工况下的速度、压力与温度场,并将部分仿真计算结果与理论计算及试验值进行了对比。研究表明:燃气发生器设计合理,扩压器及二股腔道转接处无气流分离,帽罩处无溢流现象;主燃区回流区明显,且尺度适中,有利于组织燃烧,并有效指导了高能电火装置的位置布局;空气流量配比合理,主燃孔及掺混孔的射流深度满足燃烧及掺混要求;燃烧室总压恢复系数达到96.7%,燃烧效率实现98.4%,实现了高效燃烧;此外,相同工况下的理论计算值及试验结果验证了数值计算方法的合理可行性。

等压混合引射器设计与实验研究

采用1维处理方法,建立了便于设计人员使用的等压混合引射器性能计算分析与工程设计方法,并详细分析了等压混合引射器各主要参数对性能的影响。该分析方法基于气体焓的变化,因此可应用于各种引射气体与被引射气体。为了控制尺寸,还首次将多喷嘴引射方式与等压混合结合起来。实验结果验证了等压混合引射器性能计算分析与工程设计方法的可靠性以及多喷嘴引射方式应用于等压混合引射器的可行性。

低速风洞内部流场数值模拟

以上海交通大学在建的多功能低速风洞为研究对象,针对其设计上的独特性,采用CFD方法首次实现对风洞内部流场的整体数值模拟,风扇段流场利用MRF模型处理,数值模拟中计及了阻尼网的整流效果。同经验设计法的气动设计结果进行对比发现,数值模拟得到的流量与设计流量差距很小,压力损失在一定程度上较为吻合。数值模拟揭示了风洞内部存在的流动分离现象,为提高风洞的气动性能提供了改进方向。对风洞同轴度下降引起的流场品质变化进行了分析,结果表明微小同轴度偏差对流场品质的影响不大。

多功能风洞及CFD优化设计

上海交通大学在建的多功能低速风洞具有串列式的大小两个试验段。为提高边界层试验时的工作效率,将在大试验段的转盘前部设置自动升降粗糙元装置。为模拟风浪流联合作用环境下船舶/海洋工程结构物的流体动力响应,由旁路风道将风引至循环水槽测试部的上方,并且该测试部的风速可以随时间周期变化。为提高大试验段的流场指标,在与试验结果对比的基础上,用CFD方法模拟了风洞的内部流场,基于DOE结果生成了Kriging模型,采用多岛遗传算法得到最优解。研究结果表明优化设计的结果显著提高了流场的性能指标。

化学氧碘激光器尾气主动冷却技术试验

使用主动冷却技术降低化学氧碘激光器(COIL)尾气的温度,是提高引射式压力恢复系统引射效率的一项关键技术。采用理论计算和数值模拟的方法,得出了满足技术指标要求的冷却器系统设计参数,并研制了一套以管翅式热交换器、液氮循环汽化提供制冷量的COIL尾气主动冷却试验装置。与激光器的对接试验结果表明,在COIL出光60s试验中,热交换器可以使尾气温度从590K降低到160K,出口截面温度不均匀度小于21K,经过热交换器的气流总压损失小于100Pa。

超-超引射器多目标优化设计

推导出了超-超引射器性能计算和优化设计模型,借助Pareto优胜、Pareto最优解和Pareto前端等概念,采用基于多目标进化/分解算法(MOEA/D)的多目标优化方法,计算得到超-超引射器多目标优化问题的Pareto前端,解决了超-超引射器多目标优化设计问题,并与常规参数分析方法进行了比较。结果表明:超-超引射器性能影响参数相互关系复杂,增压比和引射系数作为引射器主要性能参数相互冲突,通过常规分析难以得到较清晰的设计准则,利用多目标优化设计方法可有效地辅助多属性决策和系统优化设计。

开口试验段优化设计数值模拟

为提高某低速风洞开口试验段流场品质,采用计算流体力学方法,结合适当的边界条件,对不同设计方案进行了模拟.数值模拟结果显示:采用集气扩散段能有效提高开口试验段流场均匀性;在试验段入口前加装蜂窝器和阻尼网,对提高试验段流场均匀性和方向场、降低湍流度有重要作用.对试验段尺寸与收集器设计的进一步研究表明,延长试验段前入口区长度、增大试验段口径、改变集气扩散段位置与尺寸都能够有效提高模型区流场品质.通过比较,得出了较为合理的匹配参数,流场指标达到了设计要求.

某型直升机防砂滤结冰风洞试验研究

利用风洞试验的方法对某型直升机的防砂滤试件在低温环境下的结冰情况进行了研究。试验过程中,运行0. 3m×0. 2m结冰风洞制冷系统降低风洞内部气流温度,通过优选风洞喷雾系统的两相流喷嘴位置,合理设置喷嘴入口的水压与气压来满足不同试验段风速下的液态水含量及水滴直径要求。结果表明,防砂滤试件在低风速下会发生结冰现象,使得试件进出口压力损失增大,影响试件性能,而在高风速环境中结冰情况则明显改善。另外,试验同时发现防砂滤试件的结冰起始于试件的中部偏下游的位置,而后再逐渐向上游蔓延。文中应用势流分析方法对这一现象进行了分析。

一种新的风洞轴流风扇安装角调整方法

依据轴流风扇二维叶素理论及低速风洞回路气动特性,将风扇效率及风洞损失系数作为关键参数,推导出风扇在非设计点时,风扇桨叶安装角与风扇转速、气体流量之间的固有关系,由此发明了一种不需要测试风扇压升,仅根据风扇基本运行参数即进行风扇非设计点安装角调整的新方法。某风洞风扇的调试过程中,在测试得到风扇转速与试验段风速对应关系的基础上,利用该方法,直接计算出风扇安装角的调整量,一次成功。试验结果表明,在风扇安装角调大4.5°后,风洞试验段风速 60 m/s 对应的风扇转速为570 r/min,与预测值575 r/min偏差0.9%,预测值与实际值吻合较好,由此证明了此方法在工程运用中的可靠与准确性。

基于学习进阶理论的中学物理实验教学优化策略

中学物理实验教学是培养学生科学素养和实践能力的重要途径之一。随着学习进阶理论的不断发展,传统的实验教学模式已经不能满足学生的学习需求。学习进阶理论认为,学生在学习过程中应该经历由初级认知到高级认知的阶段性发展,通过适当的引导和激发,学生可以达到更高的认知水平。因此,文章首先分析了学习进阶理论和基于学习进阶理论的中学物理实验教学现状,并分析中学物理实验教学融入学习进阶理论的意义,进而提出几点教学策略,为中学物理实验教学提供借鉴和参考。

高压气体定容积定流量放气特性

相对于真实气体模型,高压状态下理想气体模型有一定的局限性,为对比分析两者之间的偏差,引入压缩因子,结合维里方程与气体动力学方程,以高压气罐定流量放气系统为研究对象,建立放气过程的真实气体数学模型。在此基础上,通过龙格-库塔法对比研究系统从不同气罐初始压力分别放气至6 MPa时所需的放气时间及温度与压力的变化,并将部分计算结果与实验进行对比。研究结果表明:在放气过程中,真实气体效应下的温度、压力下降更快;气源压力越高,真实气体效应越明显;相对于理想气体模型,真实气体模型下的仿真值更接近实验结果;相关研究可为领域内高压气体特性的研究、高压气罐容积的设计以及放气过程中温度与压力的变化提供参考。

高温燃气引射系统对接试验验证

引射系统是化学激光器排气系统的核心组件。为提高排气系统引射效率并适应小型化、经济性等要求,提出一种采用燃气发生器产生高温燃气的引射气源方案,建立了“基于航空发动机单喷嘴燃烧室结构的燃气发生器+两级超声速引射器”组合的引射系统试验平台,开展了燃气发生器独立热试车,并实现了与引射器的对接试验。结果表明:燃气发生器点火可靠,运行稳定;在高温燃气的引射作用下,引射器启动迅速,工作平稳,各项性能指标优于设计值;引射燃气温度一定范围内的变化基本不影响引射器工作性能。相关研究结果可为引射系统方案设计及选取提供参考。

基于高温燃气引射的引射器设计与实验研究

结合气体热力学理论和等压引射器设计理论方法,提出了高温燃气热力学参数计算方法,研制了基于高温燃气引射的超声速引射器试验平台。通过引射器与燃气发生器的对接实验,研究了零引射和被引射气流引射两种状态下的工作性能以及引射气流温度变化对工作性能的影响。实验结果表明:被引射气流流量360 g/s时,入口总压达到3.89 kPa,优于设计指标4 kPa;引射气流温度在低于设计值100 K范围内的变化对引射器的工作性能不会造成影响。实验验证了基于高温燃气引射的超声速引射器性能计算分析与工程设计方法的可靠性,相关研究结果为燃气发生器参数优化提供了指导性建议。

压缩空气弹射在武器系统中的应用综述

压缩空气弹射广泛应用于航空航天、舰船、陆基武器系统等领域,具有弹射速度快、无需热防护、可重复利用、安全环保及通用性能好等优势。通过对大量文献进行分类总结,概述了压缩空气弹射的应用研究领域,简要分析了压缩空气弹射在各行业内应用过程中存在的关键技术及发展前景。研究表明:研制高效、小型化的压缩空气弹射系统是各行业各领域发展的必然趋势,相关结果为压缩空气弹射的应用与研究提供有利参考。

空气/酒精单喷嘴燃气发生器试验研究

针对引射系统的安全性、经济性及小型化要求,提出了一种基于航空发动机燃烧室结构的双油路燃气发生器方案,并设计、加工了单喷嘴试验件,进行了多工况下的热试车。试验结果表明,燃气发生器设计方案可行,采用高能火花塞直接点火方式可实现燃气发生器可靠点火;燃气发生器点火迅速,主要工作参数基本满足设计指标;能在较宽的流量范围内稳定工作,余气系数下限达到3.9;燃气发生器燃烧效率较高,但随着余气系数的增加而明显降低。

变密度平面叶栅风洞的设计与实现

为满足先进涡扇发动机对变雷诺数平面叶栅试验的需求,设计了亚/跨/超声速来流高效变换、雷诺数和马赫数独立调节、压气机和涡轮平面叶栅试验为一体、换热与冷却试验能力兼具的变密度平面叶栅风洞,提出了风洞的总体设计方案。文章详细介绍了风洞引射器、半柔壁喷管及试验舱等部件设计问题,分析了流场调试及典型叶栅试验结果。调试结果表明:采用的部件设计技术实现了变密度平面叶栅风洞的主要功能,试验雷诺数可低至3.1×105 m_(–1),具备开展低雷诺数平面叶栅试验的能力。风洞流场调试结果满足《低速风洞和高速风洞流场品质要求》(GJB 1179A—2012),为研究亚/跨/超声速压气机和涡轮叶栅低雷诺数流动问题提供了重要试验平台。

燃气发生器应用综述

燃气发生器是适用于航空航天、舰船、石油及汽车工业等领域的燃气生成装置,具有应用范围广、种类多等特点,受到了各行各业的关注。通过对国内外的大量文献进行分类总结,分析了燃气发生器的应用研究领域。根据其工作原理进行了分类,系统阐述了各类燃气发生器的工作特点及研究进展,对各类燃气发生器在应用过程中存在的技术难点和发展前景进行了简要分析。认为研制高效、稳定、可靠的燃气发生器是各行各业发展的重点,相关研究结果可为燃气发生器的选型及研制提供参考。

化学氧碘激光器光腔边界层的被动控制方法实验

针对化学氧碘激光器(Chemical Oxygen-Iodine Laser,COIL)光腔内边界层的被动控制方法,设计了三种实验件。光腔的上下壁板是可拆卸的,可以更换不同的实验件,以此比较边界层的控制效果。实验结果表明:开槽板、主流引射缝和开孔板在对光腔边界层的控制上都取得了一定的效果,改善了光腔特别是光腔后半部分的压力分布。在一定范围内,增加边界层的抽气量,可以进一步减小边界层厚度,降低光腔压力,同时提高COIL出光功率,但是当抽气量过大时,反而会降低出光功率。三种实验件中,主流引射的方式对抽气量最敏感,当抽气量增加至5%时,COIL出光功率已经明显下降;开孔板对抽气量不太敏感,抽气量从1%增加至7%,对COIL出光功率的影响并不明显。