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虚拟仿真实验教学I和II  
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 水煤浆加压气化工艺流程仿真 
 水平管道油水两相流流动的仿真计算 
 
虚拟仿真实验教学I和II

项目一

《水煤浆加压气化工艺流程仿真》

 

一、实验教学项目简介

在煤化工甲醇生产工艺中,煤气化工段对整个甲醇生产系统的稳定运行起着至关重要的作用。煤气化过程是一个热化学过程,它是以煤为原料,利用气化剂(空气、富氧或纯氧、蒸汽或氢气等),在高温条件下,通过化学反应将煤中的可燃部分转化为气体燃料的过程。所得到的气体燃料即气化煤气的有效成分包括一氧化碳、氢气及甲烷等。该实验教学项目主要通过仿真实验,使学生了解煤气化制甲醇的工艺流程,并掌握水煤气加压化工艺流程特点与控制系统的特性,从而提高学生的动手及操作能力。同时通过模拟化工生产过程中的开车、停车以及停电事故处理等操作过程,使学生深入的理解化工生产流程,获得基本生产感性知识,让理论与实际能更好结合。

二、实验教学项目特色

化学工程与工艺是一门依据应用和实践开展的学科,在具体的教学过程中经常需要进行许多高成本、高消耗、高危险的项目,而这些项目在实验教学条件下往往很难开展。同时由于工业化的推动,现在的化工生产具有装置大型化、过程连续化、控制自动化、物理多样化等特点,因此对于实际的生产工艺及反应条件通常具有相当苛刻的要求。从企业安全及实际生产角度出发,也很难直接让学生在这样的生产设备环境下进行操作与实验。这类现实的因素导致学生们只能对工厂及其生产工艺进行参观,而很难真正参与到实际操作中,教学效果并不理想。因此我院现迫切需要整合实验教学资源,利用学院优势,构建“以虚补实”的虚拟仿真教学实验项目,将工程实训教育和信息技术深度融合,利用计算机模拟仿真工厂实际操作,从而提高化工实验实践教学水平和质量,达到教学大纲所要求的教学效果。

随着虚拟仿真技术的不断发展和升级,目前越来越多的人开始意识到模拟仿真的重要性,模拟在化工行业中也开始扮演越来越重要的角色。在仿真系统中,学生可以身临其境充当一次控制操作员,亲自对每一步操作流程进行控制操作,交互性强,使学生在仿真实验过程中能够发挥学习主动性,实验效果也较突出。利用仿真技术,可以在保障安全生产、降低操作成本和能耗、提高生产率、延长设备使用寿命、减少或避免生产事故所造成的损失、减少或避免工厂装臵破坏所造成的经济损失等方面发挥有效作用。

三、实验教学平台的建设

我们为学生们提供一个网络学习平台,能够对学生的学习活动进行全流程管理,涵盖学习资源计划、知识管理、网络培训管理、传统培训管理、在线学习管理、考试管理等领域,可以保证学生可以随时能对实验内容及操作进行回顾与反复练习。此外,学生们通过在仿真系统上的操作演练,不仅控制了实验成本,也充分保障了学生的安全性,从而也能够收回操作员仿真培训系统的开发费用。

网络学习平台链接:http://222.173.10.98:8088/gzmzdxlearn/

 

 

项目二

水平管道油水两相流流动的仿真计算

 

一、实验教学项目简介

由于油水两相流动广泛存在于石油工业中,针对油水两相的研究则具有非常重要的实际意义。其中,水平管道是油水两相流动研究中运用较广且最基本的管型。通过对水平管道内油水混输流动(工况)进行数值模拟仿真,可以对地面集输管网结构设计及优化提供极具参考价值的理论依据,一方面可以节省大规模的投资,另外一方面也可以对管道的腐蚀与防护起到重要的参考作用。

管道中流体流动的流型通常会受到具体流动参数和物性参数的影响。对水平管道而言,主要存在分层流型和分散流型两大类。在流动过程中,分散相液滴受到连续相的湍流作用、泵和管道的剪切等,发生形变、聚合和破裂;同时,液滴粒径及其分布在很大程度上会影响两相流管路的压降等流动参数。因此,合理利用模拟软件对水平管道中油水两相流的流动进行模拟变得尤为重要,通过仿真计算,使学生掌握水平管道中油水两相流压降、 流型及油水两相分布特点。

二、实验教学项目特色

化学工程与工艺的实验实践教学过程中常包括大量实验教学条件下无法开展的、不可及和不可逆、高成本、高消耗、高危险的项目,使学生无法直接在化工生产设备上直接实验,从而导致学生学习效果很差。因此我院现迫切需要整合实验教学资源,利用我院优势,构建“以虚补实”的虚拟仿真教学实验项目,将工程实验实训教育和信息技术深度融合,促进现代化教学手段的广泛应用,提高化工实验实践教学水平和质量,达到教学大纲所要求的教学效果。

该项目主要利用计算机对化工过程进行模拟仿真“再现”,采用数学方法来描述化工过程,通过应用计算机辅助计算的手段,对化工设备及流程进行设计优化。化工生产过程中,反应釜、干燥器、换热器、精馏塔、除尘器、萃取塔、泵、管道等均为直接影响整个生产过程的核心设备,但实际化工生产过程中,由于化工设备为金属材质构成,其内部结构,换热,物理运行及流动情况通常是无法观察及检测到的。且设备管线等也无法进行真实的拆解分析,如果搭建实训模型进行性能评价和设计优化,成本耗费则非常巨大。通过采用虚拟仿真手段进行教学,引导学生对化工过程或设备进行仿真计算,可将化工设备的外形、内部结构和流体在设备内部流动情况和反应进行的程度图形化、直观化、数字化,使学生直观的通过定量描述来掌握各种化工设备的内部结构特点和设计要领,为培养创新型的化工人才奠定基础。

三、实验教学平台的建设

我们为学生们提供一个网络学习平台,能够对学生的学习活动进行全流程管理,涵盖学习资源计划、知识管理、网络培训管理、传统培训管理、在线学习管理、考试管理等领域,可以保证学生可以随时能对实验内容及操作进行回顾与反复练习。此外,学生们通过在仿真系统上的操作演练,不仅控制了实验成本,也充分保障了学生的安全性,从而也能够收回操作员仿真培训系统的开发费用。

网络学习平台链接:http://222.173.10.98:8088/gzmzdxlearn/

 

     
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