為了研究基于Magnus效應(yīng)的擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)圓柱升阻力特性,讓學(xué)生直觀地理解學(xué)習(xí)基于Magnus效應(yīng)的擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)圓柱產(chǎn)生升力的過(guò)程,設(shè)計(jì)了一種基于Magnus效應(yīng)的擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)圓柱實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)目的在于鞏固學(xué)生基礎(chǔ)理論知識(shí),同時(shí)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力,提高創(chuàng)新能力,為未來(lái)科研探索奠定良好的基礎(chǔ)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)不同形式的圓柱模型進(jìn)行受力研究,分析了圓柱擺動(dòng)速度、擺動(dòng)角度、轉(zhuǎn)速比、不同表面形狀等因素對(duì)擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)圓柱產(chǎn)生升阻力的影響,該平臺(tái)系統(tǒng)搭載循環(huán)水池試驗(yàn)系統(tǒng),可以開展不同表面形狀的擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)圓柱實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)開展過(guò)程中不僅可以學(xué)習(xí)觀察實(shí)際的科學(xué)問(wèn)題,而且可以學(xué)習(xí)先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。 

【文章來(lái)源】：實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理. 2020,37(09)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：4 頁(yè)

【部分圖文】：

不同長(zhǎng)徑比實(shí)驗(yàn)圓柱模型

表1實(shí)驗(yàn)工況表擺動(dòng)速度/(r·min–1)轉(zhuǎn)速比旋轉(zhuǎn)速度/(r·min–1)307210301442030216305373715314742532111137975537914110679211659927644921412889221193210577351051414701052122503.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備3.2.1流場(chǎng)結(jié)構(gòu)基于Magnus效應(yīng)的擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)圓柱實(shí)驗(yàn)是在哈爾濱工程大學(xué)三甲實(shí)驗(yàn)室循環(huán)水池中進(jìn)行的，具體實(shí)驗(yàn)設(shè)備如圖5所示，循環(huán)水池試驗(yàn)段為矩形截面，尺寸為1.7m（寬）×1.5m（高），流速由計(jì)算機(jī)控制，范圍為0~3m/s。圖5循環(huán)水池3.2.2伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)如表2所示。表2伺服電動(dòng)機(jī)參數(shù)電動(dòng)機(jī)57HB150-80B功率/W240電壓/V12~60額定電流/A4.5最大轉(zhuǎn)速/(r·min–1)20003.2.3圓柱連接裝置圖6是旋轉(zhuǎn)圓柱連接裝置圖，包括六分力天平，天平的上端連接固定在循環(huán)水池上的橫梁，天平的下端固定在鋼板上，伺服電動(dòng)機(jī)固定在鋼板上，水下電機(jī)連接在伺服電機(jī)的軸上，將圓柱安裝在水下電機(jī)上，由水下電機(jī)提供轉(zhuǎn)速；由伺服電機(jī)帶動(dòng)圓柱擺動(dòng)。圖6擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)圓柱連接裝置圖3.3實(shí)驗(yàn)流程基于Magnus效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)圓柱實(shí)驗(yàn)的流程包括以下幾個(gè)步驟：（1）擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)圓柱實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備；（2）連接擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)圓柱實(shí)驗(yàn)裝置；（3）對(duì)擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)圓柱實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行標(biāo)定，確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性；（4）通過(guò)計(jì)算機(jī)調(diào)速器來(lái)調(diào)節(jié)伺服電機(jī)和水下電機(jī)的轉(zhuǎn)速；（5）調(diào)節(jié)圓柱的擺動(dòng)角度；（6）用動(dòng)態(tài)信號(hào)采集儀采集數(shù)據(jù)；（7）讀取平穩(wěn)段的數(shù)據(jù)并記錄；（8）分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)一系?

聳笛櫚淖既沸�。�?9是擺動(dòng)速度為92r/min時(shí)升力隨擺動(dòng)角度變化的趨勢(shì)圖，由圖9可知，隨著擺動(dòng)角度的增加，升力增加，這是因?yàn)楫?dāng)圓柱擺動(dòng)到極限角度的時(shí)候會(huì)突然變向，這時(shí)會(huì)產(chǎn)生方向相反的升力，從而會(huì)抵消一部分升力，而產(chǎn)生相反升力的這一區(qū)間是一定的，隨著擺動(dòng)角度的增加，產(chǎn)生正向升力的區(qū)間增大，所以平均升力增大。通過(guò)此實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以形象準(zhǔn)確地展現(xiàn)出影響擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)圓柱升阻力特性的因素，能夠充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將理論和實(shí)踐相結(jié)合，不僅能夠提高學(xué)習(xí)效率，還能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。圖8擺動(dòng)角度為120°時(shí)升力變化趨勢(shì)圖9擺動(dòng)速度為92r/min時(shí)升力變化趨勢(shì)5結(jié)語(yǔ)本設(shè)計(jì)是一套基于Magnus效應(yīng)的擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)圓柱實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠準(zhǔn)確形象地演示出影響擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)圓柱升阻力特性的因素，使學(xué)生能夠簡(jiǎn)單快速地了解基于Magnus效應(yīng)的擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)圓柱的原理，在理解理論的基礎(chǔ)上，鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力，使其全方面發(fā)展。該平臺(tái)具有綜合性，不僅僅適用于擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)圓柱，也可以模擬其他模型如減搖鰭、舵等的受力情況。參考文獻(xiàn)(References)[1]王麗梅.基于創(chuàng)新性應(yīng)用型人才培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2014,31(1):19–21.[2]邵曉玲，陳永泰，杜建國(guó)，等.實(shí)驗(yàn)教學(xué)與創(chuàng)新人才培養(yǎng)[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2011,9(1):169–172.[3]祖強(qiáng)，劉加彬，孫岳明，等.大學(xué)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革初析[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2015,13(3):88–90.[4]李慧中.高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)與創(chuàng)新人才的培養(yǎng)模式[J].湖南醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2009,11(5):159–161.[5]王亞玲，劉應(yīng)中，繆國(guó)平.圓柱繞流的三維數(shù)值模擬[J]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3568376