水力学与工程流体力学实验CAI简介

1、水力学与工程流体力学实验CAI简介第二版浙江大学力学实验教学中心CAI是“计算机辅助教育”的代称。它是我国正在兴起的面向21世纪教改热潮中的一波来自于国际潮流的狂澜涌浪。它作为一种现代教育技术，既是计算机应用的一个领域，同时它又代表了一种新的教育思想和教育模式。本系列CAI教学软件第一版是在毛根海教授主持下，经浙大水利实验室和浙大CAI研究中心协同发展而成，是国内用于水力学与工程流体力学实验教学的首套较完善的CAI软件。该软件曾于1997年获国家教委工科组CAI一等奖。1998年底，在毛根海教授主持下，经浙大水利实验室自行开发、研究，现已成功地将该版软件升级为多媒体版（第二版）。目前，该版软件

2、是国内水力学与工程流体力学实验教学的高版本软件。它能帮助贵校在面向21世纪的教改中领先一步。本系列CAI软件分上、下册两大部分。上册是以管流为主体的工程流体力学基础实验，共9项；下册是明渠水力学实验，共6项。一、 该系列CAI软件的共同性能指标1、教学辅助功能齐全。每项实验CAI均包含仪器仿真，动态操作界面、实验原理、数据采集、成果分析、操作指南和问题解答。可供学生在计算机上进行各项实验的过程操作、数据采集和成果分析，还设有实验提示、错误纠正等功能，以辅导学生按正确途径深入有序地进行实验。所附的实验原理和问题解答除用文本形式外，均以多媒体动画和录像的形式给出，形象生动、简单易懂，可供学生实验预

3、习与答疑，帮助学生成功地完成实验。2、 仿真可靠。计算机的实验模拟设备选自本室研制的专利仪器。内容丰富、功能齐全，界面动态效果真实可信。实验数值仿真可靠，操作过程符合实际。3、 环境条件。该系列软件宜在586机型、16M内存以上的多媒体计算机上运行，操作系统宜选用Windows95及其以上的版本。4、 可靠性。以Hypertext结构作为各学习单位的链接结构，选用“按钮”、“控制”的形式作为控制链的出入口。以“按键”与“对话框”方式实现界面的控制与信息传输。5、 容错性。人机交互时的误操作或非界定操作，均有明确错误指示，不会出现死机现象。6、 界面友好操作方便。有操作帮助与中文指示，其测量数据

4、尊重操作员意愿可取可舍，功能键定义符合大众习惯，操作键定义明确专一。7、 科学性。实验目的明确，符合科学要求。屏幕设计清晰高雅，色调搭配适中。窗口图标符合规范，操作简便易学。二、 各项实验CAI的其他功能与特点。上册（一） 水静力学实验CAI功能1、 可进行用测压管测量流体静压强的仿真实验；2、 可进行利用点压强测量技能测量油容重的实验；3、 可仿真不可压缩流体静力学基本方程的实验；4、 可供分析马利奥特容器的变液位下恒定流实验及其他十余项定性、定量实验。特点1、 打气加压与放气减压的界面形象逼真；2、 测压管、连通管、真空负压管的测管液位实施动态显示，仿真效果与原型吻合无异；3、 实验分析以

5、表格形式显示，完全符合实验报告要求。（二） 伯努利方程实验CAI功能1、 用于分析管流总水头与测压管水头的沿程变化规律及位能、压能、动能、能量损失之间转换关系的实验仿真；2、 可仿真流体恒定总流的能量方程实验；5、 可供分析均匀流与急变流在过水断面上动水压强的分布规律及其它十余项定性、定量实验。特点1、 实验管道由三种不同管径组成，管道直径可由实验者自行设置，可供学生独立构思实验方案；2、 流量测量采用时间体积法，过程显示具有多媒体动态效果；3、 动态实时显示测压管水头和总水头的变化规律；4、 成果分析采用表格和图形共存的显示形式，直观清晰。（三） 动量定律实验CAI功能1、 用于测定射流对平

6、板的冲击力，验证恒定总流动量定律的实验仿真；2、 用于测定动量修正系数的实验仿真。特点1、 采用特殊的动量力测量装置，巧妙地把射流冲击力转变成静水压力，而利用测压管进行测量；2、 具有局部放大仿真功能，以演示用自控反馈原理设计的自动平衡机构和用动摩擦减阻技术设计的减阻机构的实验原理；3、 供水箱恒定水头连续可调，能任意改变实验流量；4、 流量测量采用时间体积法，过程显示具有多媒体动态效果。（四） 毕托管测速实验CAI 功能1、 用于毕托管测量点流速的实验仿真；2、 可进行利用点流速测量技能测量明渠流量的实验；3、 可供测量管嘴淹没射流点流速系数的实验仿真。特点1、 具有毕托管测量圆柱形管嘴淹没

7、射流中心点流速的独立界面，其供水箱的恒定水头无级可调，测点流速随之可变；2、 具有明渠流中用毕托管测流量的独立界面，毕托管可在过流断面上任意移动定位；3、 毕托管的排气过程形象逼真，符合实验要求；4、 测压管与电测仪兼备，测量值可仿真动态实时显示。（五） 雷诺实验CAI功能用于测定临界雷诺数，再现雷诺数实验全过程的仿真实验。特点1、 流量变化可由阀门仿真控制，流量测量采用时间体积法，过程演示具有多媒体动态效果；2、 流动形态可由放大窗口动态仿真显示；3、 下临界雷诺数实验结果稳定可靠，而上临界雷诺数具有随机性的实际仿真效果；4、 成果分析用表格显示，符合实验报告要求。（六） 文透利实验CAI功

8、能1、 可供使用文透利管测量管道流量和采用气水多管压差计测量压差的实验仿真；2、 可供率定流量计流量系数m的仿真实验，并可供分析m与雷诺数Re的相关性；3、 可用模拟实验分析文氏流量计的局部真空度，并显示文氏管的空化现象。特点1、 配有气水多管差压计与电测仪，可实时动态仿真显示压差值；2、 文透利管管径与水温可任意设置，流量可由阀门任意调节，实验雷诺数的范围可达106以上。3、 当文透利喉径外出现空化时，即有仿真放大的动态空化图窗自动弹出；4、 成果分析有表格和图形两种形式，可任意选择。（七） 局部水头损失实验CAI功能1、 用于训练二点法、三点法、四点法测量局部水头损失与局部阻力系数技能的仿

9、真实验；2、 可供验证圆管突扩局部阻力系数包达公式和突缩局部阻力系数经验公式的模拟实验；3、 可供局部水头损失的机理分析和突扩与突缩局部水头损失大小关系的比较实验等多项定性与定量实验。特点1、 实验管道由三种不同管径的直管组成，各管径可任意设置；2、 在实验管段上的测压点，突扩段按三点法布置，突缩段按四点法布置，二点法用于测量阀门阻力，有独立界面，实验中阀体可与对应的直管段互相替换，过程具有多媒体动态效果；3、 设有流量测读误差仿真功能，当测量时间过短时，产生随机误差的概率会增高；4、 成果分析有图形和表格两种形式，可任意选择。（八）沿程阻力实验CAI功能1、 用以训练测量管流沿程阻力系数的实

10、验仿真；2、 仿真实验可供分析圆管层流和紊流的沿程损失与平均流速定量关系；3、 可供测定不同直径、不同当量粗糙度实验管道的沿程阻力系数。特点1、 管径、水温、当量粗糙度任由实验者设置；2、 用电测仪动态仿真显示二测点间的压差值；3、 实验雷诺数范围可达层流区、过渡区、光滑区、阻力平方区；4、 流量控制与测量具有多媒体效果。（九） 孔口与管嘴实验CAI功能1、 用以训练测量孔口与管嘴的流速系数、流量系数、侧收缩系数、局部阻力系数技能的仿真实验；2、 仿真实验可供管嘴的进口形状（直角与喇叭）及管嘴类型（直管与锥管）对过流能力的影响；3、 可供分析孔口与管嘴出流各水力要素间相关关系的实验及其他十余项

11、定性、定量实验。特点1、 设有薄壁孔口、直角进口圆柱形管嘴、喇叭进口圆柱形管嘴、圆锥形管嘴4种出流装置，可由实验者任意选择；2、 出流直径、出流位置、圆锥管的锥角均可任意设置；3、 薄壁孔口仿照原型用游标卡尺测量孔口的侧收缩系数，过程由仿真放大图窗显示，具有多媒体动态效果。下册：（十） 水面曲线实验CAI功能1、 演示平坡、倒坡、临界坡、陡坡、缓坡的水流衔接现象的实验仿真；2、 演示棱柱体渠道十二种水面曲线的实验仿真。特点1、 斜面槽的坡度调节，闸板开启均具有多媒体动态效果；2、 水面曲线、水跃形态、水跃发生的位置等均由系列数学模型准确给定，动态效果十分逼真；3、 临界底坡由实测流量确定；操作

12、过程模拟实际实验，生动形象。（十一） 堰流实验CAI功能1、 用以对不同d/H的有坎、无坎宽顶堰或实用堰的水流现象，以及下游水位变化对宽顶堰过流能力影响的实验仿真；2、 模拟实验可供训练测量堰流流量系数m和淹没系数ss的实验技能，并可测定圆角与直角宽顶堰的m及ss值和WES与克奥型实用堰的m值。特点1、 应用多媒体技术对测针定位、堰型更换等界面的动态效果作了仿真设计；2、 水流形态的表面微波、流动显示、过堰水面形态、水跃、涡旋都经系列数学模型严格控制，实时动态过程十分逼真；3、 单宽流量q，上游渠底高程、上游堰高、宽顶堰宽度、实用堰体型设计水头均可任意设定，不同参数的实验方案有无限多种组合，可

13、供学生任意构思实验方案；4、 实验成果由表格显示，成果精度随模拟实验时的测量准确度而定。（十二） 水跃实验CAI功能1、 用以检验平坡矩形明槽自由水跃共轭水深理论关系的合理性，并测定跃长、检验跃长经验公式可靠性的仿真实验；2、 通过仿真实验的成果分析，了解水跃消能效果。特点1、 设有闸下出流水跃实验的多媒体流动界面；2、 单宽流量可任意设置，闸门开度、尾水位可动态调节。水位由测针测量，测针可由鼠标拖动任意定位。测针微调时，能自动弹出放大动态图窗。附有标尺指针测量水跃长度，闸板开度、标尺指针、尾水位可由按钮分别控制；3、 闸下出流的临界水跃、远驱水跃、淹没水跃都由数学模型严格给定，动态反映实时仿

14、真。（十三） 消能池实验CAI功能1、 用以掌握消能池模型实验技能的仿真；2、 动态界面可供观察坝下游设置消能工前后的水流衔接形式，并可供检验设置消能池必要性的仿真实验；3、 可用于检验消能池设计方法可靠性的仿真实验；4、 仿真实验可观察任意设定的消能池形态和不同过流量下过消能池的水流状况。特点1、 设有未设消能池、设置消能池和下游渠底为池底高程时的三种多媒体实验界面，并附有按钮可任意切换；2、 池深设计流量、池长设计流量、WES堰的体型设计水头、上游堰高、下游堰底高程、实际单宽流量与下游水深均可单独任意设置，不同参数的实验方案有无限多种组合。可供学生任意构思实验方案；3、 消能池前后的水跃形

15、态及过堰水流形态（包括过低水位下池后的波状水跃等）均由系列数学模型准确给定，能随实验条件改变而实时仿真演示。（十四） 消能坎（墙）实验CAI功能1、 用以掌握消能坎模型实验技能的仿真；2、 动态界面可供观察坝下游设置消能工前后的水流衔接形式，并可供检验设置消能坎必要性的仿真实验；3、 可用于检验消能坎设计方法可靠性的仿真实验；4、 仿真实验可观察任意设定的消能坎形态和不同过流量下，过消能坎的水流状况。特点1、 设有未设消能坎和设置消能坎的多媒体界面实验模型，界面切换可由按钮控制；2、 池深设计流量、池长设计流量、WES堰的体型设计水头、上游堰高、下游渠底高程、过坎单宽流量、尾水位均可单独任意设置，不同参数的实验方案有无限多种组合，可供学生任意构思实验方案；3、 消能坎前后的水跃形态、过堰水流形态（包括坎后自由水跃、临界水跃、淹没水跃与波状水跃等）均由系列数学模型给出仿真图像，并随实验条件改变而实时仿真演示。（十五）