基于Magnus效应的摆动旋转圆柱实验教学平台
发布时间：2022-01-04 12:53
为了研究基于Magnus效应的摆动旋转圆柱升阻力特性,让学生直观地理解学习基于Magnus效应的摆动旋转圆柱产生升力的过程,设计了一种基于Magnus效应的摆动旋转圆柱实验教学平台。该实验平台设计目的在于巩固学生基础理论知识,同时激发学生的学习兴趣,培养学生动手能力,提高创新能力,为未来科研探索奠定良好的基础。该实验平台对不同形式的圆柱模型进行受力研究,分析了圆柱摆动速度、摆动角度、转速比、不同表面形状等因素对摆动旋转圆柱产生升阻力的影响,该平台系统搭载循环水池试验系统,可以开展不同表面形状的摆动旋转圆柱实验。学生在实验教学开展过程中不仅可以学习观察实际的科学问题,而且可以学习先进的实验技术。
【文章来源】：实验技术与管理. 2020,37(09)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
不同长径比实验圆柱模型
表1实验工况表摆动速度/(r·min–1)转速比旋转速度/(r·min–1)307210301442030216305373715314742532111137975537914110679211659927644921412889221193210577351051414701052122503.2实验设备3.2.1流场结构基于Magnus效应的摆动旋转圆柱实验是在哈尔滨工程大学三甲实验室循环水池中进行的，具体实验设备如图5所示，循环水池试验段为矩形截面，尺寸为1.7m（宽）×1.5m（高），流速由计算机控制，范围为0~3m/s。图5循环水池3.2.2伺服电动机伺服电动机相关参数如表2所示。表2伺服电动机参数电动机57HB150-80B功率/W240电压/V12~60额定电流/A4.5最大转速/(r·min–1)20003.2.3圆柱连接装置图6是旋转圆柱连接装置图，包括六分力天平，天平的上端连接固定在循环水池上的横梁，天平的下端固定在钢板上，伺服电动机固定在钢板上，水下电机连接在伺服电机的轴上，将圆柱安装在水下电机上，由水下电机提供转速；由伺服电机带动圆柱摆动。图6摆动旋转圆柱连接装置图3.3实验流程基于Magnus效应的旋转圆柱实验的流程包括以下几个步骤：（1）摆动旋转圆柱实验前期准备；（2）连接摆动旋转圆柱实验装置；（3）对摆动旋转圆柱实验装置进行标定，确保实验的准确性；（4）通过计算机调速器来调节伺服电机和水下电机的转速；（5）调节圆柱的摆动角度；（6）用动态信号采集仪采集数据；（7）读取平稳段的数据并记录；（8）分析数据，得出结论。4实验结果与分析实验得到的数据经过一系?
耸笛榈淖既沸浴Ｍ?9是摆动速度为92r/min时升力随摆动角度变化的趋势图，由图9可知，随着摆动角度的增加，升力增加，这是因为当圆柱摆动到极限角度的时候会突然变向，这时会产生方向相反的升力，从而会抵消一部分升力，而产生相反升力的这一区间是一定的，随着摆动角度的增加，产生正向升力的区间增大，所以平均升力增大。通过此实验平台可以形象准确地展现出影响摆动旋转圆柱升阻力特性的因素，能够充分激发学生的学习兴趣，将理论和实践相结合，不仅能够提高学习效率，还能培养学生的创新能力。图8摆动角度为120°时升力变化趋势图9摆动速度为92r/min时升力变化趋势5结语本设计是一套基于Magnus效应的摆动旋转圆柱实验教学平台，该实验平台能够准确形象地演示出影响摆动旋转圆柱升阻力特性的因素，使学生能够简单快速地了解基于Magnus效应的摆动旋转圆柱的原理，在理解理论的基础上，锻炼学生的实践能力，使其全方面发展。该平台具有综合性，不仅仅适用于摆动旋转圆柱，也可以模拟其他模型如减摇鳍、舵等的受力情况。参考文献(References)[1]王丽梅.基于创新性应用型人才培养的实验教学方法研究[J].实验技术与管理，2014,31(1):19–21.[2]邵晓玲，陈永泰，杜建国，等.实验教学与创新人才培养[J].实验科学与技术，2011,9(1):169–172.[3]祖强，刘加彬，孙岳明，等.大学本科实验教学方法改革初析[J].实验科学与技术，2015,13(3):88–90.[4]李慧中.高校实验教学与创新人才的培养模式[J].湖南医科大学学报（社会科学版），2009,11(5):159–161.[5]王亚玲，刘应中，缪国平.圆柱绕流的三维数值模拟[J]
【参考文献】：
期刊论文
[1]大学本科实验教学方法改革初析[J]. 祖强,刘加彬,孙岳明,胡凯. 实验科学与技术. 2015(03)
[2]基于创新性应用型人才培养的实验教学方法研究[J]. 王丽梅. 实验技术与管理. 2014(01)
[3]船舶与海洋工程国家级示范中心建设思考[J]. 郭春雨,冯峰,曲先强,陈月钢. 实验室研究与探索. 2013(09)
[4]流体力学实验教学改革与实践[J]. 束秀梅,李华南,罗媛媛. 实验室研究与探索. 2011(07)
[5]流体力学实验的教学改革研究[J]. 江海斌,黄发军. 教育教学论坛. 2011(18)
[6]实验教学与创新人才培养[J]. 邵晓玲,陈永泰,杜建国,宋东林. 实验科学与技术. 2011(01)
[7]高校实验教学与创新人才的培养模式[J]. 李慧中. 湖南医科大学学报(社会科学版). 2009(05)
[8]工程流体力学实验教学的改革与创新[J]. 祝会兵,戴文琰,李建. 宁波大学学报(教育科学版). 2008(02)
[9]流体力学综合性设计性实验教学改革实践[J]. 高迅,陈春光. 实验科学与技术. 2005(01)
[10]基于提高学生动手能力的流体力学实验教学模式[J]. 王辉,于清海. 实验技术与管理. 2003(03)
硕士论文
[1]Magnus旋转式减摇装置的设计及其控制特性研究[D]. 杜雪.哈尔滨工程大学 2016
本文编号：3568376
【文章来源】：实验技术与管理. 2020,37(09)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
不同长径比实验圆柱模型
表1实验工况表摆动速度/(r·min–1)转速比旋转速度/(r·min–1)307210301442030216305373715314742532111137975537914110679211659927644921412889221193210577351051414701052122503.2实验设备3.2.1流场结构基于Magnus效应的摆动旋转圆柱实验是在哈尔滨工程大学三甲实验室循环水池中进行的，具体实验设备如图5所示，循环水池试验段为矩形截面，尺寸为1.7m（宽）×1.5m（高），流速由计算机控制，范围为0~3m/s。图5循环水池3.2.2伺服电动机伺服电动机相关参数如表2所示。表2伺服电动机参数电动机57HB150-80B功率/W240电压/V12~60额定电流/A4.5最大转速/(r·min–1)20003.2.3圆柱连接装置图6是旋转圆柱连接装置图，包括六分力天平，天平的上端连接固定在循环水池上的横梁，天平的下端固定在钢板上，伺服电动机固定在钢板上，水下电机连接在伺服电机的轴上，将圆柱安装在水下电机上，由水下电机提供转速；由伺服电机带动圆柱摆动。图6摆动旋转圆柱连接装置图3.3实验流程基于Magnus效应的旋转圆柱实验的流程包括以下几个步骤：（1）摆动旋转圆柱实验前期准备；（2）连接摆动旋转圆柱实验装置；（3）对摆动旋转圆柱实验装置进行标定，确保实验的准确性；（4）通过计算机调速器来调节伺服电机和水下电机的转速；（5）调节圆柱的摆动角度；（6）用动态信号采集仪采集数据；（7）读取平稳段的数据并记录；（8）分析数据，得出结论。4实验结果与分析实验得到的数据经过一系?
耸笛榈淖既沸浴Ｍ?9是摆动速度为92r/min时升力随摆动角度变化的趋势图，由图9可知，随着摆动角度的增加，升力增加，这是因为当圆柱摆动到极限角度的时候会突然变向，这时会产生方向相反的升力，从而会抵消一部分升力，而产生相反升力的这一区间是一定的，随着摆动角度的增加，产生正向升力的区间增大，所以平均升力增大。通过此实验平台可以形象准确地展现出影响摆动旋转圆柱升阻力特性的因素，能够充分激发学生的学习兴趣，将理论和实践相结合，不仅能够提高学习效率，还能培养学生的创新能力。图8摆动角度为120°时升力变化趋势图9摆动速度为92r/min时升力变化趋势5结语本设计是一套基于Magnus效应的摆动旋转圆柱实验教学平台，该实验平台能够准确形象地演示出影响摆动旋转圆柱升阻力特性的因素，使学生能够简单快速地了解基于Magnus效应的摆动旋转圆柱的原理，在理解理论的基础上，锻炼学生的实践能力，使其全方面发展。该平台具有综合性，不仅仅适用于摆动旋转圆柱，也可以模拟其他模型如减摇鳍、舵等的受力情况。参考文献(References)[1]王丽梅.基于创新性应用型人才培养的实验教学方法研究[J].实验技术与管理，2014,31(1):19–21.[2]邵晓玲，陈永泰，杜建国，等.实验教学与创新人才培养[J].实验科学与技术，2011,9(1):169–172.[3]祖强，刘加彬，孙岳明，等.大学本科实验教学方法改革初析[J].实验科学与技术，2015,13(3):88–90.[4]李慧中.高校实验教学与创新人才的培养模式[J].湖南医科大学学报（社会科学版），2009,11(5):159–161.[5]王亚玲，刘应中，缪国平.圆柱绕流的三维数值模拟[J]
【参考文献】：
期刊论文
[1]大学本科实验教学方法改革初析[J]. 祖强,刘加彬,孙岳明,胡凯. 实验科学与技术. 2015(03)
[2]基于创新性应用型人才培养的实验教学方法研究[J]. 王丽梅. 实验技术与管理. 2014(01)
[3]船舶与海洋工程国家级示范中心建设思考[J]. 郭春雨,冯峰,曲先强,陈月钢. 实验室研究与探索. 2013(09)
[4]流体力学实验教学改革与实践[J]. 束秀梅,李华南,罗媛媛. 实验室研究与探索. 2011(07)
[5]流体力学实验的教学改革研究[J]. 江海斌,黄发军. 教育教学论坛. 2011(18)
[6]实验教学与创新人才培养[J]. 邵晓玲,陈永泰,杜建国,宋东林. 实验科学与技术. 2011(01)
[7]高校实验教学与创新人才的培养模式[J]. 李慧中. 湖南医科大学学报(社会科学版). 2009(05)
[8]工程流体力学实验教学的改革与创新[J]. 祝会兵,戴文琰,李建. 宁波大学学报(教育科学版). 2008(02)
[9]流体力学综合性设计性实验教学改革实践[J]. 高迅,陈春光. 实验科学与技术. 2005(01)
[10]基于提高学生动手能力的流体力学实验教学模式[J]. 王辉,于清海. 实验技术与管理. 2003(03)
硕士论文
[1]Magnus旋转式减摇装置的设计及其控制特性研究[D]. 杜雪.哈尔滨工程大学 2016
本文编号：3568376
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