基于工程教育认证标准的过程控制仪表及装置实验教学改革

过程控制仪表及装置实验是高校自动化专业过程控制方向的主要教学课程之一,在控制工程课程教学体系中起到承上启下的关键作用,综合性强,是培养解决工程实际问题能力的重要实践环节。近年来,国际工程教育专业认证对高校实践类课程提出新要求,教学团队根据认证标准进行深入的教学改革,分析改革后应实现的教学目标,提出新的教改方案和教学模式,并且改进教学方法,大力建设实验资源和提高教学队伍水平,由此取得明显的教学成果。

小波分析在CODOG动力装置实验动力扭矩信号滤波中的应用

介绍了小波分析理论 ,讨论了该小波分析理论在柴 -燃联合动力装置实验台瞬时扭矩采样信号滤波中的应用。通过对所获得的扭矩信号进行小波变换 ,将其分解成若干个互不重叠的频带 ,利用阀值量化处理的方法去除噪声 ,再将剩余部分进行重构 ,形成了抑制噪声的滤波信号。实验结果表明该方法对采样信号滤波是十分有效的 ,对提高扭矩测量值的计算精度很有利 ,这更有利于对实验结果的分析 。

结构力学位移法实验教学装置开发及教学实践

位移法基本原理是结构力学课程的难点和重点内容,该方法构建的基本系高度抽象,学生在学习过程中普遍感到难。将理论教学与实验教学相结合,开发了位移法基本原理的教学演示装置和实验装置。将基本系中无中生有的“刚臂”以实体部件的形式展现出来,再现“刚臂”的“放松”和“锁住”效果。从演示装置的定性分析和实验装置的定量分析2个角度阐述位移法基本原理,通过这2个装置再现位移法中原结构和基本系的变形过程。学生可以看到“结构”,看到“结构变形”,看到“基本系”及其在外荷载和结点位移单独作用下的2个状态,将抽象的位移法基本系形象化、直观化,加深了学生对位移法基本原理的理解。

基于气动控制的蜡模成型实验装置设计与应用

针对手动式蜡模成型实验装置操作耗费人力且锁紧效率低,不便于操作的问题,设计了气动控制的蜡模成型实验装置,以气压为动力源,增设模具快速拆装和锁模机构,实现了气压自动压注的效果。实验表明:设计的气动蜡模成型实验装置成型的蜡模效果好,模具拆装和锁模效率比手动驱动方式提高了近3倍;将该装置应用在实验教学中,提高了学生实验参与度,实验反馈效果好。

结构沥青和自由沥青分离实验装置的研发

结构沥青和自由沥青侧重于理论教学,而未开设相应的实验课程,原因在于缺乏结构沥青和自由沥青分离的实验装置。研发了一套结构沥青和自由沥青分离实验装置,通过逐层洗脱的方法得到结构沥青和自由沥青,将理论教学中的概念知识转化为可操作的实体实验,加深学生对沥青材料的理解。对比分析结构沥青和自由沥青的模量性能差异,确定了结构沥青膜厚度,为沥青混合料配合比设计提供参考和指导。经过实验课程检验,验证了该实验装置具有较好的稳定性和可行性。

Na_(2)CO_(3)、NaHCO_(3)与稀盐酸反应实验装置的新设计

针对教材中Na_(2)CO_(3)、NaHCO_(3)与稀盐酸的反应装置的不足之处,利用一次性注射器、具支试管、小气球等对实验装置进行了改进。新设计的实验装置简约,易于安装,可操作性强,完善了实验方法,解决了原实验存在的一些问题,有助于提高教学质量。

水压泵柱塞密封性能实验装置的设计

为解决油水分离式柱塞泵的柱塞与缸套的密封可靠性及选型设计问题,研制了模拟水压柱塞泵实际运行工况的柱塞密封性能实验装置及其加载系统,并对实验装置进行了动平衡设计。在建立实验装置加载系统的仿真模型后,通过仿真对比确定了合理的加载方式。该实验装置的加载实验和稳定性实验表明,实验装置运行稳定可靠,且容积效率在合理范围内。

增压型鼓泡吸收输运特性实验装置的设计与研究

为探索真空环境下,气泡在溶液吸收过程中流动、传热特性及其机理,设计了一种增压型垂直管内溶液鼓泡吸收输运特性测量实验装置,并介绍了该装置的结构和工作原理,通过系统真空度维持、气泡流动和能量校核等实验分别验证系统的可靠性和准确性。结果表明,增压技术实现了负压环境下的鼓泡吸收。静置12 h系统真空度上升率仅为2.33%,系统气体泄漏量为2.4 mL/h,装置具有良好的可靠性。实验过程中的气泡产生、上升、碰撞、聚并和破裂行为与文献气泡流动行为一致。溶液和冷却水的出口温度、溶液出口质量分数测量结果最大相对偏差分别为0.08%、0.02%和0.01%;不同溶液入口温度和溶液流量的能量校核实验的最大误差分别为10.4 J和12.5 J,装置具有良好的准确性。为探究真空环境下鼓泡吸收的输运特性及揭示其传递机理奠定了良好的实验基础。

海上氢气液化系统(FLH2)浮式装置的教学实验设计

氢是推动海上水、风、光、电资源清洁高效利用的理想媒介,构建深海氢能产业体系对保障能源的供应安全、实现“双碳”目标、促进能源领域企业转型升级具有重要意义。为了开展氢能等海上新能源的实验教学活动,加深学生对机械设计基础(含课程设计)、流体力学(含实验)、氢能及新型能源动力系统、氢能存储与利用等专业课程内容的掌握,该文设计了应用于海上氢气液化系统(liquid hydrogen floating production storage and offloading unit,FLH2)的浮式多孔介质通道内外流动实验装置,包括浮式通道内多孔介质流动阻力测试实验装置与浮式通道外降膜流动测试实验装置两个部分。该装置具有较好的实验教学效果,可提升学生的工程实践能力和研究海洋能源高效利用领域的创新能力,拓展学生在深海氢能储运方面的知识储备。

桌面型智能产线实验装置的设计与研制

针对“传感与检测”课程中实验教学的需求,研制了一款桌面型智能产线实验装置,该装置模拟了一条小型生产线,各检测单元传感器安装于装置主体指定位置,结合设计的控制系统及检测算法,将各类典型传感器融入到各个检测环节,能够实现对模拟工件的宽度、高度、颜色、重量以及自带字符等特征信息的检测和显示。同时,该装置能够进行手动实验和自动实验模式,结合设计的实验内容,不仅可以用于以传感器为主线的传感与检测实验教学,还可以用于以PLC为主线的控制系统实验和以系统设计为主线的综合创新实验等教学,是一款具有典型性、多样性、趣味性且具有较高普适性的桌面型实验装置。

异构并行的高阶散射特征线方法及其在临界实验装置模拟中的应用

在临界实验装置的物理计算中,由于较厚水反射层的存在,中子各向异性散射会对计算结果有重要影响。基于P1各向异性散射特征线方法(MOC),开发了能够处理各向异性散射的特征线输运计算程序,并实现了高阶散射特征线输运计算的高性能异构并行。为确认程序对临界实验装置的物理计算精度,本文选取LCT011临界实验基准进行堆芯物理计算,并与蒙特卡罗程序进行对比验证。各向异性源使得计算量与内存消耗均有显著增加,给异构系统带来较大的显存负担,因此本文进而对高阶散射输运求解器进行性能分析。数值结果表明:在高阶散射计算条件下,程序可达到蒙特卡罗程序的同等精度,且具有较高的计算效率。

制备氢氧化亚铁实验装置的改进

人教版高中化学必修1中的氢氧化亚铁制备实验存在不足。为此,利用铁屑、硫酸、具支试管、Y形玻璃导管等对演示装置进行改进,有效解决了实验教学中不能较好地观察到白色沉淀的问题,改进后实验现象清晰、反应速度快。

国家重大科技基础设施运行管理的改进方法与实践——以EAST全超导托卡马克核聚变实验装置为例

中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所先后建成中国第一个圆截面超导托卡马克核聚变实验装置,以及世界上第一个非圆截面全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)。为持续改进EAST的运行管理,从顶层设计、组织实施和评估评价等方面分析EAST管理实践的有关探索与创新,具体包括:建立所领导、物理与实验运行部至一级系统的三级管理体系,能够更好围绕成果产出进行统一规划和分级管理;基于“计划—实施—检查—行动(PDCA)”管理理论,形成覆盖EAST运行周期的全过程管理机制;通过国内外评估制定设施中长期、近期计划,设置物理与实验运行部,负责主导EAST装置运行计划与目标的制定。另外,根据设施构成、结合运行需求设置一级系统,起用青年骨干担任负责人,分解任务、明确责任;同时,加强设施运行评估,部署实施系列改进举措,如优化基础研究组织模式和管理方式、创新国际合作模式等。根据EAST运行管理经验,对中国重大科技基础设施的运行和管理提出优化科研组织模式、完善管理方法、建设大科学工程团队、加强开放与合作等对策建议。

新型装配式流体力学综合实验装置的设计

流体力学是高等教育理工类学科基础力学教育的重要分支之一,其教学实验众多,但多数传统实验装置的某些组成部分之间有很大相似性,若针对某一特定实验设计独立实验装置将造成极大的资源及空间浪费。在充分考察现有实验装置相似组成部分后对其重新设计整合,提出了一种新型装配式流体力学综合实验装置,可在不同组合形态下分别进行雷诺、管嘴出流、卡门涡街等实验。经测试,此装配式流体力学综合实验设备具有功能齐全、空间占比低、成本小、稳定性好、耐腐蚀性高、可拓展性强等优点。

利用玻璃仪器组合装置开展实验的设计

借助一组可自由联结的玻璃仪器进行实验装置的设计和改进。以乙醇与钠反应、浓硫酸与铜反应、硝酸与铜反应为例,通过分析实验的原理和目的、针对实验中的问题,改进实验装置并完成实验。玻璃仪器多样化的组合方式灵活实用,操作方便,有助于激发学生兴趣、启迪思维、促进理解、培养能力。

探究空气中二氧化碳的实验装置新改进

对比当下中学化学教材发现,某些实验装置进行实验时会出现现象不够明显和效率低下等问题,如探究空气中二氧化碳的实验。通过对教材实验的改进,利用单向阀实现大针筒反复地抽气与送气,同时在乳胶头上扎小孔,大大增加空气中的二氧化碳与装置内澄清石灰水的接触时间和接触面积,缩短了澄清石灰水变浑浊的时间,提高了实验效率。该实验可作为分组实验让学生以探究方式实施。

模拟骨小梁假体界面微动的实验装置设计与有限元分析

目的:设计一种模拟骨小梁假体界面微动的实验装置(以下简称“微动装置”),并进行有限元分析。方法:微动装置由带有螺纹的旋入圆筒、柔性铰、微动杆、骨小梁假体、连接杆和固定柱组成。采用SolidWorks软件构建微动装置模型,并将其导入ABAQUS软件中建立有限元模型,对股骨施加轴向位移载荷,分析微动装置中柔性铰的位置、假体与股骨之间的间隙和连接杆的长度对微动的影响。结果:微动装置产生的界面微动随柔性铰距旋入圆筒下端距离的增大而增大;假体与股骨之间的间隙≥20μm时,间隙对界面微动不产生影响;界面微动随着连接杆长度的增大而增大。结论:微动装置可以准确模拟出不同的骨-骨小梁假体界面的微动,可为研究不同界面微动对骨整合的影响提供实验装置。

投影式李萨如图形实验教学装置设计

针对现有李萨如图形实验演示装置只能将观察视角局限在二维平面上、大部分只能演示由两简谐振动合成的李萨如图形等问题,应用光学投影方法,设计了一种投影式李萨如图形实验教学装置。通过绘制缠绕在不同截面形状卷筒外周面上的振动波形,可从三维视角观察到不同频率比与相位差的李萨如图形。此方法具有现象直观、易于理解、趣味性与扩展性强等优点,为李萨如图形实验演示装置教学提供了一种新的方法。

防倒吸实验装置的改进与优化设计

在可持续发展战略指导下,绿色化学教育理念逐渐渗透到化学实验教学中。针对实验室目前存在的防倒吸装置操作不当引起的有毒有害气体易逸出,装置过于繁琐,安装过程复杂等问题,本着科学、安全、可行、简约的原则,对现有防倒吸实验装置进行了改进与优化设计。该设计践行了绿色化学的教育理念,提高了学生的实验技能和安全意识,培养了其创新思维。

模拟评价技术在化学清洗模拟验证实验装置中的应用

模拟评价技术作为一种低成本的数据收集和分析方法,广泛应用于多个领域,对于推动项目寻优和创新以及成果转化意义重大。石油工业中输油设备结垢是不可避免的,不同化学清洗剂类别及清洗环境对设备的除垢效果差异巨大。本文就采用模拟评价技术,设计并搭建化学清洗工艺模拟验证实验装置,研究清洗剂种类及清洗环境对污垢清洗效果的影响,通过实验测试获得针对特定污垢具有最佳清洗效果的化学清洗剂种类及其使用环境。