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。

新型Bell实验法环境应力开裂测试装置

自主设计并搭建了自动刻痕装置和压弯装置,提高了刻痕质量和测试结果的可重复性,同时采用改进的Bell实验方法对高密度聚乙烯材料的环境应力开裂行为进行了系统实验研究。结果表明,试剂浓度、刻痕偏移量、刻痕倾斜角度、刻痕刀片厚度的改变均会对环境应力开裂时间产生较大的影响;裂纹起裂位置既不在试样弯曲变形最大的中间位置,也不在刻痕边缘,而是在距离刻痕边缘约6.38 mm的位置。

基于测量不确定度评定理论的波浪能发电装置实验数据质量评价研究

通过采用测量不确定度评定理论提出波浪能发电装置实验室俘获宽度比测试的数据质量评价模型并进行验证,可为后续建立波浪能发电装置实验数据的量值溯源链,完善波浪能发电数据评估技术提供研究基础。研究表明,在同一工况下实验结果的测量不确定度与样本量有关,在采用测量不确定度评价不同装置的实验数据质量时应在相同或相近的样本量条件下进行,避免由于样本量的不同造成实验结果的评价差异。

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。

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。

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。

空间啮齿类动物培养装置及实验技术研究进展

空间动物实验是人类空间生命科学研究的重要组成部分.一直以来,空间动物实验为探索地球生物体在航天环境中的生命现象及活动规律、支持载人航天的可持续性发展做出了重要贡献.随着航天工程的发展,航天员在空间驻留的时间越来越长,为解决人类在空间旅行中的健康问题,各国先后开展了空间啮齿类动物实验,研究空间环境给生命体带来的影响,为人类空间飞行提供重要的生理和医学数据.本文研究了国外主流的空间啮齿类动物培养装置,根据各类装置培养动物的存活情况及死亡原因,提出装置的不足与可改进之处;深入分析空间啮齿类动物实验发射前、在轨、返回地面阶段的相关实验技术,为中国空间啮齿类动物培养装置设计及动物实验提供参考.

观察氢气燃烧火焰颜色实验装置的新设计

基于氢气燃烧焰色实验存在的不足,通过设计双层三口平底烧瓶作为气体发生装置、底部带活塞的球形干燥管作为导气燃烧装置、使用黑色三通管作为火焰观察装置等,可以在强光环境下观察到氢气燃烧火焰呈明显的蓝色。新装置课堂演示效果良好,通过真切感受氢气燃烧的蓝色火焰,能够激发学生的学习兴趣,有利于培养科学探究精神。将研究过程作为项目式学习案例,可以在实践中促进学生创新素养的发展。

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。

面向数据中心的管式间接蒸发冷却装置制冷性能的实验研究

为研究间接蒸发冷却装置的性能及各参数的选择原则等,设计搭建了数据中心管式间接蒸发冷却系统,并通过实验研究了不同参数对系统间接蒸发冷却效率的影响。实验结果表明:一次风速与间接蒸发冷却效率总体成反比,当一次风速为2.2 m/s时,间接蒸发冷却效率为90.74%;随着二次风速增大,间接蒸发冷却效率先增大后减小,最佳的二次风速为3.1 m/s,间接蒸发冷却效率为80.03%;随着一次风入口温度升高,间接蒸发冷却效率同样先增大后减小,最佳一次风进口温度为29℃,间接蒸发冷却效率能够达到71.45%;间接蒸发冷却效率随着喷淋水流量增大而增大,最终稳定,为减少装置的总能耗,最佳的喷淋水流量为1.21 m^(3)/h,间接蒸发冷却效率可达83.51%。本文的研究结论可为相关间接蒸发冷却设备的设计与工艺优化提供一定的参考。

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。

基于水润滑的屏蔽式阀门电驱动装置传动效率计算与实验研究

对基于水润滑的屏蔽式阀门电驱动装置齿轮传动效率进行了计算与实验研究。计算了齿轮啮合功率损失、轴承功率损失、搅水功率损失。发现在电驱动装置正常工作的情况下,轴承功率损失约占总损失的70%,是造成功率损失的主要部件,随着齿轮转速的逐渐提高,轴承的功率损失也在逐渐增加;在低转速下齿轮的损失差距不大,随着速度的提高,轴承功率损失变化最大,是造成电驱动功率损失的主要因素。搭建了齿轮传动效率测试试验台,测得1000~9000 r/min电传装置的实际功率损失,与计算的结果进行了对比,可以看出计算结果与实验结果基本一致,说明计算方法合理可行。

电解实验装置的改进

对教材上的电解实验和已有的电解实验改进案例梳理分析,利用塑料板等易得材料对电解装置进行改进。新设计的改进装置携带方便、操作简单、耗时短,适合学生在课堂上做分组实验,教学效果良好。改进后的实验装置便于更换电极和电解液,用一个装置可以完成多个电化学实验。

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。