以相似理論為指導(dǎo)思想,采用數(shù)值仿真技術(shù),設(shè)計(jì)了虛擬仿真水電模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。它基于Matlab平臺(tái),對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的電場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,并通過面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù),將仿真的結(jié)果嵌入到VB開發(fā)的軟件框架中,實(shí)時(shí)模擬實(shí)驗(yàn)室的操作步驟。水電模擬實(shí)驗(yàn)虛擬教學(xué)平臺(tái)由電場(chǎng)模擬、電路模擬、移動(dòng)測(cè)量、數(shù)據(jù)顯示和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)模塊構(gòu)成。前4個(gè)模塊分別對(duì)應(yīng)物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置中的油藏模擬、低壓電路、測(cè)點(diǎn)定位、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),第5個(gè)模塊是為了滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求而增加設(shè)定的。以具體的實(shí)驗(yàn)為例,驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的可行性和有效性。相對(duì)于常規(guī)的物理模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有節(jié)約實(shí)驗(yàn)耗材、課時(shí)安排靈活等優(yōu)勢(shì),具有較強(qiáng)的實(shí)用意義和推廣意義,教師可利用仿真虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)輔助物理模擬實(shí)驗(yàn)課程教學(xué),以達(dá)到最優(yōu)的教學(xué)效果。 

【文章來源】：實(shí)驗(yàn)室研究與探索. 2018,37(09)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)斷電狀態(tài)界面圖

第37卷圖5虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)斷電狀態(tài)界面圖1－移動(dòng)滑塊，2－模擬絲桿，3－虛擬探針，4－模擬油藏，5－電控模塊，6－數(shù)據(jù)顯示模塊，7－實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)模塊圖6虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)工作狀態(tài)界面圖3虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)功能模塊介紹水電模擬實(shí)驗(yàn)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)分為:流場(chǎng)模擬、電路模擬、移動(dòng)測(cè)量、數(shù)據(jù)顯示和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)模塊。前面4個(gè)模塊分別與實(shí)驗(yàn)裝置的4個(gè)系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)模塊是為了滿足教學(xué)需要而在虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中額外增加的模塊。各模塊的功能和特點(diǎn)如下:模塊1電場(chǎng)模擬模塊。電場(chǎng)模擬模塊如圖6中的4所示，對(duì)應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)裝置的油藏模擬系統(tǒng):將通過Matlab的PDE工具箱求解式(4)得到的圖4嵌入到VisualBasic6．0開發(fā)的軟件框架里，即可得到，圖中不僅顯示了電位的分布，還顯示了反映正電荷運(yùn)動(dòng)的速度矢量場(chǎng)和等勢(shì)線，很好地通過電場(chǎng)的分布特征反映出油藏中壓力的分布，流體的滲流速度矢量場(chǎng)和等勢(shì)線，相比于物理模擬實(shí)驗(yàn)具有更好的可視化效果。通過電路模擬模塊中的電源開關(guān)控件來控制電場(chǎng)分布圖的顯現(xiàn)與隱藏，模擬在教學(xué)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行物理模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)電源開關(guān)引起的CuSO4溶液池中電場(chǎng)的有無，現(xiàn)象明顯，視覺效果佳，動(dòng)作逼真，用戶體驗(yàn)良好。模塊2電路模擬模塊。電路模擬模塊如圖6中的5所示，實(shí)驗(yàn)裝置的低壓電路系統(tǒng)，可輸出連續(xù)可調(diào)的交流電壓�？梢酝ㄟ^輸入“輸出電壓”的值，模擬物理模擬實(shí)驗(yàn)過程中，改變輸出電壓的過程。模塊3移動(dòng)測(cè)量模塊。移動(dòng)測(cè)量模塊由圖6中的1、2、3組成，對(duì)應(yīng)物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置的測(cè)點(diǎn)定位系統(tǒng):通過4個(gè)黃色的控件1，實(shí)現(xiàn)模擬絲桿在x和y這2個(gè)方?

第9期蘇關(guān)東，等:水電模擬實(shí)驗(yàn)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)表2等壓線數(shù)據(jù)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:有效電壓U=28V圖7壓力漏斗曲線圖8等壓線綜上所述，在模擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，無論是操作過程，還是得到的數(shù)據(jù)都能基本滿足教學(xué)實(shí)踐的需要。5結(jié)語基于水電相似原理，以Matlab和VB為基本工具，結(jié)合數(shù)值仿真技術(shù)和面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)，設(shè)計(jì)了滿足水電模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求的虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。采用了可視化的數(shù)值技術(shù)，通過Matlab對(duì)電場(chǎng)(滲流場(chǎng))進(jìn)行數(shù)值模擬仿真，再現(xiàn)電場(chǎng)(滲流場(chǎng))的整體分布，得到了比實(shí)體實(shí)驗(yàn)裝置相對(duì)較好的可視化效果，進(jìn)而了提高課堂效率;同時(shí)，進(jìn)一步將數(shù)值模擬仿真的結(jié)果鑲嵌到VB開發(fā)的程序中，添加用戶交互的功能，實(shí)時(shí)模擬實(shí)驗(yàn)操作步驟。虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)相對(duì)于傳統(tǒng)的實(shí)體物理模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有直觀、可視化效果好、造價(jià)低廉、課時(shí)安排靈活等優(yōu)點(diǎn)。它為滲流力學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)實(shí)踐提供了另一行之有效的途徑。教師可以根據(jù)實(shí)際教學(xué)情況，合理安排結(jié)合虛擬實(shí)驗(yàn)和物理模擬實(shí)驗(yàn)的課程，以達(dá)到最優(yōu)的教學(xué)效果。致謝:衷心感謝中國石油大學(xué)(北京)李春蘭老師、趙蘭苓老師、涂彬老師、張逸群老師和朱舟元老師的幫助。參考文獻(xiàn)(Ｒeferences):［1］李春蘭．石油工程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書［M］．東營:中國石油大學(xué)出版社，2009:27-45．［2］高飛，韓國慶，吳曉東．水電模擬實(shí)驗(yàn)方法研究［J］．科學(xué)技術(shù)與工程，2012，12(

【參考文獻(xiàn)】：
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