水电模拟实验虚拟仿真教学平台的设计
发布时间：2021-06-13 12:36
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。
【文章来源】：实验室研究与探索. 2018,37(09)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
虚拟实验平台断电状态界面图
第37卷图5虚拟实验平台断电状态界面图1－移动滑块，2－模拟丝杆，3－虚拟探针，4－模拟油藏，5－电控模块，6－数据显示模块，7－实验指导模块图6虚拟实验平台工作状态界面图3虚拟仿真教学平台功能模块介绍水电模拟实验虚拟仿真教学平台分为:流场模拟、电路模拟、移动测量、数据显示和实验指导模块。前面4个模块分别与实验装置的4个系统相对应，实验指导模块是为了满足教学需要而在虚拟实验平台中额外增加的模块。各模块的功能和特点如下:模块1电场模拟模块。电场模拟模块如图6中的4所示，对应模拟实验装置的油藏模拟系统:将通过Matlab的PDE工具箱求解式(4)得到的图4嵌入到VisualBasic6．0开发的软件框架里，即可得到，图中不仅显示了电位的分布，还显示了反映正电荷运动的速度矢量场和等势线，很好地通过电场的分布特征反映出油藏中压力的分布，流体的渗流速度矢量场和等势线，相比于物理模拟实验具有更好的可视化效果。通过电路模拟模块中的电源开关控件来控制电场分布图的显现与隐藏，模拟在教学实验室中进行物理模拟实验时电源开关引起的CuSO4溶液池中电场的有无，现象明显，视觉效果佳，动作逼真，用户体验良好。模块2电路模拟模块。电路模拟模块如图6中的5所示，实验装置的低压电路系统，可输出连续可调的交流电压。可以通过输入“输出电压”的值，模拟物理模拟实验过程中，改变输出电压的过程。模块3移动测量模块。移动测量模块由图6中的1、2、3组成，对应物理模拟实验装置的测点定位系统:通过4个黄色的控件1，实现模拟丝杆在x和y这2个方?
第9期苏关东，等:水电模拟实验虚拟仿真教学平台的设计表2等压线数据表xyxy0．0000．6000．133－0．6000．2680．536－0．401－0．4680．4690．335－0．536－0．2680．5370．246－0．6010．0000．537－0．201－0．4680．4010．402－0．402－0．2670．534注:有效电压U=28V图7压力漏斗曲线图8等压线综上所述，在模拟教学实验平台上进行实验，无论是操作过程，还是得到的数据都能基本满足教学实践的需要。5结语基于水电相似原理，以Matlab和VB为基本工具，结合数值仿真技术和面向对象编程技术，设计了满足水电模拟实验教学需求的虚拟仿真教学实验平台。采用了可视化的数值技术，通过Matlab对电场(渗流场)进行数值模拟仿真，再现电场(渗流场)的整体分布，得到了比实体实验装置相对较好的可视化效果，进而了提高课堂效率;同时，进一步将数值模拟仿真的结果镶嵌到VB开发的程序中，添加用户交互的功能，实时模拟实验操作步骤。虚拟仿真教学平台相对于传统的实体物理模拟实验系统具有直观、可视化效果好、造价低廉、课时安排灵活等优点。它为渗流力学实验课教学实践提供了另一行之有效的途径。教师可以根据实际教学情况，合理安排结合虚拟实验和物理模拟实验的课程，以达到最优的教学效果。致谢:衷心感谢中国石油大学(北京)李春兰老师、赵兰苓老师、涂彬老师、张逸群老师和朱舟元老师的帮助。参考文献(Ｒeferences):［1］李春兰．石油工程实验指导书［M］．东营:中国石油大学出版社，2009:27-45．［2］高飞，韩国庆，吴晓东．水电模拟实验方法研究［J］．科学技术与工程，2012，12(
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于电模拟实验的鱼骨状分支井产能研究[J]. 彭壮,汪国琴. 天然气与石油. 2016(01)
[2]基于功能/结构相似的复杂系统相似准则研究[J]. 王艾伦,张营营,殷杰. 系统工程理论与实践. 2015(12)
[3]致密油压裂水平井电模拟实验研究[J]. 常广涛. 非常规油气. 2015(03)
[4]蛇曲井渗流特征与产能评价电模拟实验研究[J]. 张睿,韩国庆,宁正福,廖新维. 石油钻采工艺. 2013(06)
[5]压裂水平井裂缝分布对产能影响的电模拟实验[J]. 曲占庆,曲冠政,何利敏,张永昌,田相雷. 天然气工业. 2013(10)
[6]多分支井电模拟实验自动化研究[J]. 平晓琳,韩国庆,张世明,韦琬,郭占凯. 大庆石油地质与开发. 2013 (05)
[7]致密油藏分段多簇压裂水平井电模拟实验研究[J]. 杜保健,程林松,黄世军. 科学技术与工程. 2013(12)
[8]水电模拟实验方法研究[J]. 高飞,韩国庆,吴晓东,朱明,汪益宁,岑学齐,张睿. 科学技术与工程. 2012(16)
[9]NPU-WA系列风力机翼型设计与风洞实验[J]. 乔志德,宋文萍,高永卫. 空气动力学学报. 2012(02)
[10]不同类型防沙堤流场的风洞实验模拟研究[J]. 李建国,屈建军,李芳,安志山,韩庆杰,牛清河,李国帅,谭立海. 中国沙漠. 2012(02)
本文编号：3227519
【文章来源】：实验室研究与探索. 2018,37(09)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
虚拟实验平台断电状态界面图
第37卷图5虚拟实验平台断电状态界面图1－移动滑块，2－模拟丝杆，3－虚拟探针，4－模拟油藏，5－电控模块，6－数据显示模块，7－实验指导模块图6虚拟实验平台工作状态界面图3虚拟仿真教学平台功能模块介绍水电模拟实验虚拟仿真教学平台分为:流场模拟、电路模拟、移动测量、数据显示和实验指导模块。前面4个模块分别与实验装置的4个系统相对应，实验指导模块是为了满足教学需要而在虚拟实验平台中额外增加的模块。各模块的功能和特点如下:模块1电场模拟模块。电场模拟模块如图6中的4所示，对应模拟实验装置的油藏模拟系统:将通过Matlab的PDE工具箱求解式(4)得到的图4嵌入到VisualBasic6．0开发的软件框架里，即可得到，图中不仅显示了电位的分布，还显示了反映正电荷运动的速度矢量场和等势线，很好地通过电场的分布特征反映出油藏中压力的分布，流体的渗流速度矢量场和等势线，相比于物理模拟实验具有更好的可视化效果。通过电路模拟模块中的电源开关控件来控制电场分布图的显现与隐藏，模拟在教学实验室中进行物理模拟实验时电源开关引起的CuSO4溶液池中电场的有无，现象明显，视觉效果佳，动作逼真，用户体验良好。模块2电路模拟模块。电路模拟模块如图6中的5所示，实验装置的低压电路系统，可输出连续可调的交流电压。可以通过输入“输出电压”的值，模拟物理模拟实验过程中，改变输出电压的过程。模块3移动测量模块。移动测量模块由图6中的1、2、3组成，对应物理模拟实验装置的测点定位系统:通过4个黄色的控件1，实现模拟丝杆在x和y这2个方?
第9期苏关东，等:水电模拟实验虚拟仿真教学平台的设计表2等压线数据表xyxy0．0000．6000．133－0．6000．2680．536－0．401－0．4680．4690．335－0．536－0．2680．5370．246－0．6010．0000．537－0．201－0．4680．4010．402－0．402－0．2670．534注:有效电压U=28V图7压力漏斗曲线图8等压线综上所述，在模拟教学实验平台上进行实验，无论是操作过程，还是得到的数据都能基本满足教学实践的需要。5结语基于水电相似原理，以Matlab和VB为基本工具，结合数值仿真技术和面向对象编程技术，设计了满足水电模拟实验教学需求的虚拟仿真教学实验平台。采用了可视化的数值技术，通过Matlab对电场(渗流场)进行数值模拟仿真，再现电场(渗流场)的整体分布，得到了比实体实验装置相对较好的可视化效果，进而了提高课堂效率;同时，进一步将数值模拟仿真的结果镶嵌到VB开发的程序中，添加用户交互的功能，实时模拟实验操作步骤。虚拟仿真教学平台相对于传统的实体物理模拟实验系统具有直观、可视化效果好、造价低廉、课时安排灵活等优点。它为渗流力学实验课教学实践提供了另一行之有效的途径。教师可以根据实际教学情况，合理安排结合虚拟实验和物理模拟实验的课程，以达到最优的教学效果。致谢:衷心感谢中国石油大学(北京)李春兰老师、赵兰苓老师、涂彬老师、张逸群老师和朱舟元老师的帮助。参考文献(Ｒeferences):［1］李春兰．石油工程实验指导书［M］．东营:中国石油大学出版社，2009:27-45．［2］高飞，韩国庆，吴晓东．水电模拟实验方法研究［J］．科学技术与工程，2012，12(
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于电模拟实验的鱼骨状分支井产能研究[J]. 彭壮,汪国琴. 天然气与石油. 2016(01)
[2]基于功能/结构相似的复杂系统相似准则研究[J]. 王艾伦,张营营,殷杰. 系统工程理论与实践. 2015(12)
[3]致密油压裂水平井电模拟实验研究[J]. 常广涛. 非常规油气. 2015(03)
[4]蛇曲井渗流特征与产能评价电模拟实验研究[J]. 张睿,韩国庆,宁正福,廖新维. 石油钻采工艺. 2013(06)
[5]压裂水平井裂缝分布对产能影响的电模拟实验[J]. 曲占庆,曲冠政,何利敏,张永昌,田相雷. 天然气工业. 2013(10)
[6]多分支井电模拟实验自动化研究[J]. 平晓琳,韩国庆,张世明,韦琬,郭占凯. 大庆石油地质与开发. 2013 (05)
[7]致密油藏分段多簇压裂水平井电模拟实验研究[J]. 杜保健,程林松,黄世军. 科学技术与工程. 2013(12)
[8]水电模拟实验方法研究[J]. 高飞,韩国庆,吴晓东,朱明,汪益宁,岑学齐,张睿. 科学技术与工程. 2012(16)
[9]NPU-WA系列风力机翼型设计与风洞实验[J]. 乔志德,宋文萍,高永卫. 空气动力学学报. 2012(02)
[10]不同类型防沙堤流场的风洞实验模拟研究[J]. 李建国,屈建军,李芳,安志山,韩庆杰,牛清河,李国帅,谭立海. 中国沙漠. 2012(02)
本文编号：3227519
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