基于Matlab PDETOOL的渗流力学可视化教学与上机实验

为提高渗流力学的课堂效率,针对渗流力学学科自身的特点及其在教学实践中普遍存在的问题,提出了将Matlab PDE工具箱引入课堂的教学方法:介绍了利用Matlab中的PDE工具箱(PDETOOL)对渗流力学中经典数学模型进行求解的方法和步骤,归纳了常见的油气渗流数学模型和边界条件,并利用PDETOOL对渗流力学中一源一汇、两源两汇、稳定渗流、弹性不稳定渗流等经典的模型进行了数值模拟,实现了各经典渗流模型压力场、流场的可视化,有利于帮助学生理解流函数、压力波、导压系数等抽象概念,加深学生对压力波传播,不稳定渗流压力衰竭等抽象过程的感性认识,提升学生上课的兴趣和热情;同时提出了在渗流力学教学过程中增设上机实验内容的教学建议,充分发挥可视化教学的优势,为数值模拟、油藏工程等课程打基础,使学生对石油工程整个专业的知识体系产生宏观的认识,提高教学质量。

基于Matlab GUI的渗流力学虚拟仿真实验平台开发

为了改变渗流力学实验内容单一的教学现状,进一步推广渗流力学的可视化教学,基于Matlab2015a平台,使用有限元方法,分别对不同求解域和边界条件下的稳态和非稳态渗流数学模型进行求解,开发了各种渗流力学虚拟仿真实验平台。该虚拟仿真实验平台分为:单井、双井、井网和复杂井4个渗流模块,学生可以通过图形用户界面,与内部的Matlab代码进行人机交互,对不同渗流模型下的渗流场进行数值模拟,从而完成渗流力学虚拟仿真实验。相对于传统的渗流力学教学实验——水电模拟实验,虚拟仿真实验平台具有内容丰富多彩、可视化效果好、造价低廉、节约实验耗材、低碳环保、课时安排灵活等优点,应用于渗流力学教学过程中,有助于学生理解复杂的渗流过程和渗流机理,加深对流体渗流的感性认识,进而提高课堂效率,具有较高的实用性和较广的推广前景。

基于Matlab PDETOOL的水电模拟实验电场数值模拟

在水电模拟实验过程中,为了减少实验及数据处理的工作量,节约实验的时间和器材成本,更直观的显示实验过程中的电场分布情况,在水电模拟实验测量电势分布的环节引入数值模拟技术:以拉普拉斯方程为基础建立了描述实验过程中电场中电势分布的数学模型,并介绍了基于Matlab的该模型的求解方法,得到了较好的可视化仿真效果。通过与实验测得的电势分布比较,说明了数值模拟方法的可行性、准确性以及相对于实验方法的优势:可视化效果好,操作简单易行,节约大量实验材料及实验时间,有利于对电场分布的整体把握,具有广阔的推广前景。

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。