工程热力学实验报告单

工程热力学实验报告单（精选7篇）

工程热力学实验报告单篇1

姓名：

专业：能源与动力

学号：朗肯循环

对蒸汽动力循环的基本循环——朗肯循环，其工作原理是，从锅炉出来的高温T1，高压p1的过热水蒸气经汽轮机绝热膨胀做工至低压p2的乏汽，在冷凝器中凝结成饱和液体，经水泵升压至p1下的未饱和过冷液体，进入锅炉加热至过热蒸汽，再进入汽轮机绝热膨胀做功，周而复始的将热能转换为机械能，图1为理想朗肯循环工作过程的水蒸气T—S图。循环中：

工质在锅炉中的加热量：q1=h1-h4 在冷凝器中的放热量：q2=h2-h3 在汽轮机中的做功量：w1=h1-h2 在水泵中的耗功量：w2=h4-h3 循环热效率n=(q1-q2)/q1=1-(h2-h3)/(h1-h4)如忽略泵功，h3=h4 则循环效率：n=(h1-h2)/(h1-h3)=1-(h2-h3)/(h1-h3)程序如右图

1、实验初始参数：P1=4Mpa,t1=450摄氏度，p2=6kpa如下图

P1,P2不变改变初温t1，结果如图

t1,P2不变改变初温p1，结果如图

t1,P1不变改变初温p2，结果如图

当汽机绝热内效率nex=0.85，此时实际不可逆循环的热效率nt=0.33226925

二，再热循环

循环热效率：n=((h1-hb)+(ha-h2)-(h4-h3))/((h1-h4)+(ha-hb))如忽略泵功，h3=h4 则循环效率：n=((h1-hb)+(ha-h2))/((h1-h3)+(ha-hb))如果过分提高压力p1，而不响应提高t1,将引起乏汽敢赌x2减小，产生不利后果。为此，将新蒸汽膨胀至某一中间压力pb后撤出汽轮机，导入锅炉中的特设的再热器或其他换热设备中，使之再加热后，再倒入汽轮机继续膨胀至背压p2.即为再热循环。图2为再热循环工作过程的T-S图。程序如右下面3个图

2、初始参数

P1=12Mpa,t1=500摄氏度，终压p2=6kpa, 第一个再热循环的再热压力pa1=3Mpa, 另一个再热循环的压力为pa2=0.6Mpa

顺序1-3

2、初始参数

P1=12Mpa,t1=500摄氏度，终压p2=6kpa, 第一个再热循环的再热压力pa1=3Mpa, 另一个再热循环的压力为pa2=0.6Mpa 结果如右图

经程序运行，比较朗肯循环和在再热循环的效率发现：相同初始参数和相同背压下，再热循环效率较高。

当汽机绝热内效率nex=0.85，此时实际不可逆循环的热效率nt=0.3812862 0.3777485三、一次抽气回热循环

为提高循环平均吸热温度，在汽轮机膨胀做功过程中，取出一部分蒸汽用以回热给水，使循环平均吸热温度有所提高，而平均官方热温度不变，热效率相应也随之提高。

如图为一级抽气回热循环的T-S图。循环热效率：

n=((h1-ha)+(1-a)(ha-h2)-(h6-h5)-(1-a)(h4-h3))/(h1-h6)若忽略泵功，循环效率：

n=((h1-ha)+(1-a)(ha-h2))/(h1-h5)其中a由图回热器的热平衡方程求的: a=(h5-h3)/(ha-h3)=(ha’-h2’)/(ha-h2’)程序如右图

1、实验初始参数： P1=5Mpa,t1=450摄氏度

抽气压力pa=0.5Mpa，p2=6kpa 实验结果如图

当汽机绝热内效率nex=0.85，此时实际不可逆循环的热效率nt=0.72267255

四、心得

工程热力学实验报告单篇2

通过建立虚拟实验教学系统,对一些实验现象进行仿真模拟,以低成本的软件替代高成本的实验设备,既节省实验维护费用,又对大面积的实验教学具有重要的现实意义。

1 系统功能分析

工程热力学虚拟实验系统运行流程及结构如图1所示。其中包含5个实验项目:空气定压比热容测定、喷管特性实验、空气绝热指数的确定、可视性饱和P-t关系实验、二氧化碳临界点态观测及p-υ-t关系实验。实验项目主要功能:(1)显示实验目的,回顾课程知识点;(2)显示实验步骤及注意事项,带领学生整体把握实验过程;(3)按步骤进行虚拟实验,使用者在操作虚拟仪器时,由动画同步显示实验过程;(4)布置实验报告及思考题,激励学生扩散思维。

2 系统软件实现

2.1 欢迎及登录界面介绍

为方便登记学生的实验情况,本系统在启动时要求输入完整的个人信息,如班级、学号、姓名等。程序通过调用Windows系统API设定运行面板的透明度,隐匿前面板并显示欢迎界面,欢迎VI显示后自动关闭,程序将进入一个状态机结构,弹出输入信息对话框,并在“判断”状态时通过字符串检索功能匹配学生的学号和姓名信息,匹配通过则会调用写入表格文件VI,将登录用户信息写入指定的文件,以供管理员查询系统使用情况,程序将系统前面板透明度置为0。欢迎及登录界面的程序框图如图2所示。

2.2 项目切换控制

本虚拟实验系统包括4个实验项目模块VI,每个项目均包含4个相同的项目类别,各项目模块间程序独立,系统运行前面板如图3所示。通过一个生产者—消费者结构使显示结果与切换动作同步,即当用户按下按钮或通过菜单选择进行项目切换时,会触发相应的事件,在生产者循环中采集事件来源,并将状态数据元素送入队列存储,在消费者循环中取出缓存的状态数据元素并由条件结构跳转到相应的执行语句。为保证显示结构紧凑,系统在启动VI的前面板上开辟了一块子面板窗口,各个实验项目可以按照用户的选择依次显示于子面板显示区域。使用子面板技术,可以很方便地做出模块化的程序,并且模块之间不会产生耦合[5]。子面板显示控制如图4所示。

2.3 虚拟实验的数据处理与显示

以空气绝热指数实验为例。该实验的实验过程可清晰地划分为三部分:(1)通过充气阀对刚性容器进行充气;(2)快速放气;(3)由大气环境定容加热。使用U形管测压计用来测得三个状态的表压力PA,PB和PC,将其代入公式(1)中即可求得空气的绝热指数k。

Lab VIEW图形化程序采用数据流驱动,与面向过程的程序语言相比,增加了自动多线程的优势,一个节点只要它所有的输入都已经准备好,就会被执行,不需要等待其他节点执行完。即经常有多个节点同时运行,Lab VIEW会自动把它们放到不同的线程中去运行[6]。在编程时其也可以借鉴面向过程的思想,先构想程序过程和数据流程,然后按照数据端口将相应的节点连接起来。本虚拟实验在构建时首先用一个顺序结构将程序分为初始化过程、实验过程和数据处理过程,初始化过程用来设置按钮或数据数组的初始状态,实验过程使用一个“生产者—消费者”结构,该结构中“生产者”部分为一事件结构,用来响应用户的鼠标或键盘操作,产生相应的实验数据,并将数据送入消息队列,“消费者”结构用来将测出的A,B和C三个状态下的压力存入数组,并计算出实验结果。在模拟时引入一定的随机误差干扰,使最终结果出现波动,可以使虚拟实验更类似于真实的实验情况。其数据处理图形的绘制,也可以方便地使用数据拟合工具绘出。本实验的虚拟实验界面如图5所示。

通过Lab VIEW设计的各个虚拟实验均可以较为逼真地模拟出真实的实验过程,其程序模块化程度高、与用户交互界面友好。由于其采用图形化程序设计并可以通过Active X与其他软件交互通讯或通过DLL接口调用已经编制好的应用程序,在适应其编程语言后,其编程效率很高,程序也易于维护与升级。

2.4 程序打包及网络发布

虚拟实验程序可以打包成EXE,DLL或安装程序文件。以EXE文件为例,在Lab VIEW8.6环境中,可以直接在项目树中的程序生成规范右键菜单中选择需要打包的文件类型,类型选择为EXE后会弹出打包信息对话框,我们依次设置好打包文件的目标目录信息、启动VI、目标、原文件设置后点击生成就可以自动生成打包文件。程序打包时可以支持多种语言,但如果想在没有安装Lab VIEW的电脑上运行EXE程序还需要生成安装程序文件,其过程与生成EXE文件类似,但在附加安装程序信息栏中需包括相应的Lab VIEW运行引擎。其他的EXE程序不必生成安装程序文件即可直接运行。

本实验系统借助于Lab VIEW的一种简单WEB发布工具对局域网络进行网络发布,即使客户端没有安装Lab VIEW运行引擎或硬件资源,也可以通过URL地址以嵌入、快照或显示器方式远程访问虚拟实验系统。对于远程用户来说,访问实验系统就像访问网页一样简单。这种访问方式需要服务器端同时运行该实验系统,并且同一时刻只能允许一个用户控制系统。

笔者介绍了采用Lab VIEW软件构建工程热力学虚拟实验系统的方法。用Lab VIEW软件模拟实验仪器设备及演示过程动画,可以使实验者在操作仪器的过程中通过动画感受设备的运行状态,更加直观地了解实验过程。实验系统界面美观友好,使用方便,借助该系统既可以作为动画在课堂现场演示,也可以打包供学生下载在课下模拟练习,使理论教学与实践教学相结合,提高学习效果,通过低成本的软件系统替代了部分高成本的实验设备,节省了实验维护费用。

摘要：随着信息技术的发展,通过建立虚拟实验教学系统,运用计算机对一些实验现象进行仿真模拟,可以达到“身临其境”的效果,较详细地介绍了采用LabVIEW软件构建工程热力学虚拟实验系统的方法。LabVIEW可使用图形化编程,内置丰富的控件与多种开发工具包并包含与其他程序的接口,扩展方便。

关键词：LabVIEW,虚拟仪器,多媒体教学,程序发布

参考文献

[1]王东斌,王敏丽.工科专业多媒体课堂教学改革若干问题思考[J].科技信息,2010,5:164-165.

[2]王俊峰,宋文爱.基于LabVIEW的信号处理虚拟实验系统[J].国外电子测量技术,2006,25(10):71-73.

[3]郑茵,李文清.浅谈高校实验教学中心建设的难点与重点[J].中国现代教育装备,2010,1:125-127.

[4]余建波,杨西强.高校实验教学信息化的建设与探索[J].实验室研究与探索,2010,10:150-153.

[5]戴成梅,戴成建.基于LabVIEW的电工电子网络虚拟实验室研究与开发[J].实验室研究与探索,2011,30(2):74-77.

工程力学类实验的教学改革实践篇3

关键词：工程力学实验教学改革实践

中图分类号：O34 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（a）-0157-01

Abstract：The course of Engineering Mechanics is an important and elementary professional course.This teaching reform emphasizes the integration of theory with practice and the experiments，which can help arouse the students’interest in learning and promote students to form the habit of thinking and practicing. It also plays an irreplaceable role in cultivating students’engineering awareness， collaboration，innovation capability.

Key Words：Engineering Mechanics Experiment；Teaching Reform；Practice

工程力学课程是许多工科专业（如机械类、土建类、航天航空类、水利类等）的一门重要技术基础课，它不仅是力学学科的基础，而且也为有关专业学生学习后续相关课程和将来从事科学技术工作奠定必要的基础[1]。力学的认识遵循着“实践—理论—再实践”的法则，实践的最直接、最简单的手段就是实验室中的实验，因此，对工程力学类实验进行教学改革，对培养创新型人才具有重大意义。

1 教学中存在的问题

分析目前我院工程力学实验课程教学的现状，发现存在的主要问题如下。

（1）工程力学是一门逻辑性较强的专业基础课，教学内容相对枯燥，教学方法单一呆板，没有注重学生的主体性，忽视了学生的创造性，使学生学习兴趣不高，从而导致不能很好的指导实验课程，即理论课程没有很好地支撑实验教学。

（2）在实验教学的环节中，虽然开设的实验为工程力学中的几个经典实验，但主要以传统的验证性实验为主，这对于理论教学的效果有一定的帮助，可以加深学生对基础理论的理解，掌握实验的基本技能，实现认识的飞跃[2]。但是不能使学生发挥自己的创造性思维，即实验课程没有很好地对理论课进行提升。

（3）创新环节落后，此环节是理论联系实际最直接有效的过程之一，此环节的丢失意味着理论与实践的结合过程的丢失，更不要说培养锻炼学生的创新思维。

因此，针对目前我院开设工程力学实验课程的现状，我们提出几点改革建议，希望通过改革创新与实践，探索出具有优质效果的教学方法、提高学生的学业水平，同时对促进教学条件的改善，教师业务能力的提高及教学实力的提升都有深远而重大的意义。

2 教学改革方案

为了更好的实现工程力学实验的教学效果，提出改革初步方案如下。

第一，采用实验化教学的手段，力求培养学生的实践动手能力。将课堂教学和实验教学相结合，遵循“实践—理论—再实践”的原则，将课堂教学搬进实验室，使理论教学和实验教学相互渗透，交互进行，先实验演示，再理论讲解，再实验操作，从而激发学生的学习兴趣，更重要的是培养了学生的思维方式和动手能力，使学生在观察问题、分析问题、解决问题等方面取得明显的进步。

第二，利用开放实验项目深化改革要求，提高学生的责任感、自信心，激发创造力[3]。在实验教学的基础上，利用开放实验项目将工程力学类实验的范围进行扩大、深化，不仅能够进一步培养学生的动手能力和创新能力，发挥学生的主观能动性、主体性、创造性，而且可以激发学生初步的科研兴趣，为学生以后的学习、工作奠定一定的基础。

3 结语

针对目前我院开设工程力学实验课程的现状，我们提出几点改革建议，希望通过改革创新与实践，探索出具有优质效果的教学方法，促进学风建设，培养学生的自主学习意识，提高学生的学业水平，适应创新型人才培养的需要。同时对促进教学条件的改善，教师业务能力的提高及教学实力的提升都有深远而重大的意义，可以极大的促进我校相关专业的工程力学实验教学课程建设。

参考文献

[1] 梅凤翔.工程力学[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2]闫小青，张纯，黄模佳，等.卓越工程师培养目标下的“工程力学实验”教学改革与实践[J].实验技术与管理，2013，30（9）：177-180，184.

物理力学实验演示报告篇4

我们学习的知识重在应用，对大学生来说，演示实验不仅开动了我们思考的马达，也让我们更好地把物理知识运用到了实际现象的分析中去，

使我们不但对大自然产生了以前没有的敬畏和尊重，也有了对大自然探究的好奇心，我想这是一个人做学问最最重要的一点。

因此我想在我们平时的学习中，要带着一种崇敬的心情和责任感，认认真真地学习，踏踏实实地学习，只有这样，我们才能真正学会一门课，学好一门课。

此外，我觉得我们不能将眼光仅仅定位在事物的表面，不能被眼镜所欺骗，要认真的分析，理解，找出事物背后的真理;不仅在物理，生活中更应如此，

只有这样我们才能成为一个完美的人，我想这也是为什么大纲上要安排这样一个演示实验的目的所在。

1、锥体上滚

实验目的：

1、通过观察与思考双锥体沿斜面轨道上滚的现象，使学生加深了解在重力场中物体总是以降低重心，趋于稳定的运动规律。

2、说明物体具有从势能高的位置向势能低的位置运动的趋势，同时说明物体势能和动能的相互转换。

实验仪器：锥体上滚演示仪实验原理：能量最低原理指出：物体或系统的能量总是自然趋向最低状态。

本实验中在低端的两根导轨间距小，锥体停在此处重心被抬高了;相反，在高端两根导轨较为分开，锥体在此处下陷，重心实际上降低了。

实验现象仍然符合能量最低原理。

实验步骤：

1、将双锥体置于导轨的高端，双锥体并不下滚;

2、将双锥体置于导轨的低端，松手后双锥体向高端滚去;

3、重复第2步操作，仔细观察双锥体上滚的情况。

2、声波可见

实验目的：借助视觉暂留演示声波。

实验仪器：声波可见演示仪。

实验原理：不同长度，不同张力的弦振动后形成的驻波基频、协频各不相同，即合成波形各不相同。

本装置产生的是横波，可借助滚轮中黑白相间的条纹和人眼的视觉暂留作用将其显示出来。

实验步骤：

1、将整个装置竖直放稳，用手转动滚轮。

2、依次拨动四根琴弦，可观察到不同长度，不同张力的弦线上出现不同基频与协频的驻波。

3、重复转动滚轮，拨动琴弦，观察弦上的波形。

注意事项：

1、滚轮转速不必太高。

2、拨动琴弦切勿用力过猛。

3、弹性碰撞演示仪

实验目的：本实验用于演示正碰撞和动量守恒定律，形象地显现弹性碰撞的情形。

实验原理根据动量守恒定律可知，如果正碰撞的两球，撞前速度分别为V10和V20，碰撞后的速度分别为V1和V2，质量分别为m1时，

则分离速度等于接近速度解式(1)和式(2)可得：若m1=m2=m;e=1则v1=0，v2=v10，即球1正碰球2继续以V10的速度正碰球3，等等以此类推，实现动量的传递。

实验器材1、实验装置如实验原理图示：一底座2—支架4—拉线5—调节螺丝2、技术指标钢球质量：m=70、2kg直径：l=735mm拉线长度：图片已关闭显示，点此查看L=55mm实验操作与现象器置于水平桌面放好，调节螺丝，使七个钢球的球心在同一水平线上。

2、将一端的钢球拉起后，松手，则钢球正碰下一个钢球，末端的钢球弹起，继而，又碰下一个钢球，另一端的钢球弹起，循环不已，中间的五个钢球静止不动。

但在一般情况下，两球碰撞时，总要损失一部分能量，故两端的钢球摆动的幅度将逐渐减弱。

注意事项操作前一定将七个钢球的球心调至同一水平线上，否则现象不明显。

理想情况下，物体碰撞后，形变能够恢复，不发热、发声，没有动能损失，这种碰撞称为弹性碰撞(elasticcllisin)，又称完全弹性碰撞。

真正的弹性碰撞只在分子、原子以及更小的微粒之间才会出现。

生活中，硬质木球或钢球发生碰撞时，动能的损失很小，可以忽略不计，通常也将它们的碰撞看成弹性碰撞。

碰撞时动量守恒。

当两物体质量相同时，互换速度。

4、大型闪电盘(辉光盘)演示实验

实验目的：观察平板晶体中的高压辉光放电现象。

实验仪器：大型闪电盘演示仪

实验原理：闪电盘是在两层玻璃盘中密封了涂有荧光材料的玻璃珠，玻璃珠充有稀薄的惰性气体(如氩气等)。

控制器中有一块振荡电路板，通过电源变换器，将12V低压直流电转变为高压高频电压加在电极上。

通电后，振荡电路产生高频电压电场，由于稀薄气体受到高频电场的电离作用二产生紫外辐射，玻璃珠上的荧光材料受到紫外辐射激发二发出可见光，其颜色由玻璃珠上涂敷的荧光材料决定。

由于电极上电压很高，故所发生的光是一些辐射状的辉光，绚丽多彩，光芒四射，在黑暗中非常好看。

实验步骤：插上220V电源，打开开关;调高电位器，观察闪电盘上图像变化，当电压超过一定域值后，盘上出现闪光;缓慢调低电位器到闪光恰好消失，对闪电盘拍手或说话，观察辉光岁声音的变化。

注意事项：

【实验目的】：借助视觉暂留演示声波。

【实验仪器】：声波可见演示仪。

【实验原理】：不同长度，不同张力的弦振动后形成的驻波基频、协频各不相同，即合成波形各不相同。

本装置产生的是横波，可借助滚轮中黑白相间的条纹和人眼的视觉暂留作用将其显示出来。

【实验步骤】：

1、将整个装置竖直放稳，用手转动滚轮。

2、依次拨动四根琴弦，可观察到不同长度，不同张力的弦线上出现不同基频与协频的驻波。

3、重复转动滚轮，拨动琴弦，观察弦上的波形。

【注意事项】：

1、滚轮转速不必太高。

2、拨动琴弦切勿用力过猛。

【实验目的】：演示翼形升力的产生。

【实验仪器】：飞机升力演示仪。

【实验原理】：一般翼型的前端圆钝、后端尖锐，上表面拱起、下表面较平，呈鱼侧形。

当气流迎面流过机翼时，原来是一股气流，由于机翼的插入，被分成上下两股。

通过机翼后，在后缘又重合成一股。

由于机翼上表面拱起，使上方的那股气流的通道变窄，流速加快。

根据伯努利原理可以得流速大的地方压强小。

机翼上方的压强比机翼下方的压强小，也就是说，机翼下表面受到向上的压力比机翼上表面受到向下的压力要大，这个压力差就是机翼产生的升力。

【实验步骤】：

1、打开位于底座前方的电源开关，用手感受一下出风口处的气流;

2、把手移开，观察到小球从管内升起;

3、用手挡住出风口，小球立即从管内下落;

4、重复操作2、3，观察小球在管内的起落。

5、实验结束，关闭电源。

【注意事项】：如果小球不能从管内升起，适当调节机翼的高度，使机翼的上部对准气咀，使流过机翼上部的气流最大。

【思考】：飞机的机翼为何做成上凸下平的形状?

【实验目的】：

1、通过观察与思考双锥体沿斜面轨道上滚的现象，使学生加深了解在重力场中物体总是以降低重心，趋于稳定的运动规律。

2、说明物体具有从势能高的位置向势能低的位置运动的趋势，同时说明物体势能和动能的相互转换。

【实验仪器】：锥体上滚演示仪

【实验原理】：能量最低原理指出：物体或系统的能量总是自然趋向最低状态。

本实验中在低端的两根导轨间距小，锥体停在此处重心被抬高了;相反，在高端两根导轨较为分开，锥体在此处下陷，重心实际上降低了。

实验现象仍然符合能量最低原理。

【实验步骤】：

1、将双锥体置于导轨的高端，双锥体并不下滚;

2、将双锥体置于导轨的低端，松手后双锥体向高端滚去;

3、重复第2步操作，仔细观察双锥体上滚的情况。

【注意事项】：

1、不要将锥体搬离轨道。

2、锥体启动时位置要正，防止它滚动时摔下来造成变形或损坏。

【实验目的】：了解扫描成像原理及视觉暂留现象。

【实验仪器】：扫描成像原理演示仪。

【实验原理】：本仪器中的铝盘上沿螺旋线均匀排布小孔，目的是使盘旋转时小

孔能够从上到下依次扫过画面，有如电视机中的逐行扫描、画面虽然是被依次扫过，只要扫过整个画面的时间短于人眼的视觉暂留时间，人眼看到的就是一幅完整的画面、

【实验步骤】：

1、接上电源，打开仪器电源开关;

2、观察窗口处铝盘小孔及其后面的图画，此时看不到完整的的画

3、顺时针旋转仪器正面板右下角的调速旋钮，使铝盘转起来、先使旋钮上的箭头旋至“起动”位置，待铝盘转动平稳后再将旋钮上的箭头旋至“运行”位置;

4、透过铝盘上的小孔观察其后面的图画，发现可看到一幅完整的画

5、注意在铝盘转速由慢变快的过程中，其后面的图画由看不见，到断续看见，到连续看见一幅完整画面的过程、

【注意事项】:

1、因铝盘的转动惯量较大，起动时需加较大电压，一旦启动就要把电压调到正常值，以免转速过大，图片已关闭显示，点此查看仪器不稳、

结构力学上机实验报告篇5

姓名：

学号：

指导老师：肖方红

1．作图示刚架的FN、FS、M图，已知各杆截面均为矩形，柱截面宽0.4m,高0.4m, 大跨梁截面宽0.35m,高0.85m，小跨梁截面宽0.35m,高0.6m，各杆E=3.0×104 MPa。10分

解：统一单位力kN长度m那么弹性模量单位为kPa。输入输出数据如下：

表一：1题输入数据

******************************************************************************************* *

* *

sjl1 gangjia 2011.10.24

* *

* ******************************************************************************************* 3e7 1

0.16

213e-5 2

0.16

213e-5

0.2975

1791e-5 2

0.2975

1791e-5 4

0.21

63e-4 5

0.21

63e-4 5

0.16

213e-5 8

0.16

213e-5 7

0.16

213e-5 9

0.16

213e-5 0

0 0

4.5 0

7.7 7.2 7.7 7.2 4.5 11 7.7 11 4.5 7.2 0 11 0 11 0 12 0 13 0 81 0 82 0 83 0 91 0 92 0 93 0 1 6

-15 7 1

4.5 2

3.2 3-196 7.2 4-36

7.2 5-196 3.8 6-36

3.8 6-26

2.7 表二：1题输出数据

Input Data File Name: sjl1.txt

Output File Name: sjl1out.txt

************************************************************************ *

sjl1 gangjia 2011.10.24

************************************************************************

The Input Data

The General Information

NLC

3.000E+07

The Information of Members

member start end

1.600000E-01

2.130000E-03

1.600000E-01

2.130000E-03

2.975000E-01

2.100000E-01

1.600000E-01

The Joint Coordinates

joint

.000000

4.500000

.000000

7.700000

7.200000

7.700000

7.200000

4.500000

11.000000

7.700000

11.000000

4.500000

7.200000

.000000

11.000000

.000000

The Information of Supports

.000000

1.791000E-02 1.791000E-02 6.300000E-03 6.300000E-03 2.130000E-03 2.130000E-03 2.130000E-03 2.130000E-03

Loading Case 1

The Loadings at Joints

NLJ=

joint

.000000

-15.000000

The Loadings at Members

NLM=

member type

DST

20.000000

4.500000

20.000000

3.200000

-196.000000

7.200000

-36.000000

7.200000

-196.000000

3.800000

-36.000000

3.800000

-26.000000

2.700000

The Results of Calculation

The Joint Displacements

joint

rotation

3.076236E-21

-7.549352E-20

-7.540649E-21

4.636735E-03

-7.077518E-04

-4.359988E-04

5.924037E-03

-1.134844E-03

-3.169292E-03

5.813626E-03

-2.178472E-03

1.834783E-03

4.684030E-03

-1.341626E-03

1.384534E-05

5.788766E-03

-5.408925E-04

4.571795E-04

4.685631E-03

-3.674969E-04

-4.586878E-05

3.967738E-21

-1.431068E-19

-8.907750E-21

3.856026E-21

-3.919967E-20

-8.741193E-21

The Terminal Forces

member

FS start

754.935194

75.762357

end

-754.935194

14.237643 start

640.638123

-72.863183

end

-640.638123

136.863184

M 109.156485

29.274120-96.133965-239.428195 start

136.863184

640.638123

239.428195

end

-136.863184

770.561840

-707.153563 start

-58.625540

114.297071

66.859844

end

58.625540

144.902922

-177.040903 start

41.214402

484.706696

517.753681

end

-41.214402

260.093294

-90.988284 start

-2.654138

30.896570

-29.106007

end

2.654138

131.903429

-142.007053 start

1255.268536

95.648782

116.676201

end

-1255.268536

start

1431.068027

end

-1431.068027

start

260.093294

end

-260.093294 start

391.996723

end

-391.996723

钢架的FN图：

-95.648782

39.677380

-39.677380

41.214402

-41.214402

38.560264

-38.560264

189.399883 89.077501 89.470709 55.897795 75.988284 87.411931 86.109258

钢架的Fs图：

钢架的M图：

2、计算图示桁架各杆的轴力。已知A=2400mm2,E=2.0×105 MPa。5分

解：该桁架各节点均为铰结，为了使计算简便，所有节点均作为钢节点，为此在输入数据时，各杆截面二次矩取很小的值，本题取1×10-20 本题有30根杆件，17个节点，输入输出数据如下：

表三：2题输入数据

************************************************************************** *

sjl2 gangjia 2011.10.24

* *

* ************************************************************************** 2e8 1

24e-4

1e-20 1

24e-4

1e-20 2

24e-4

1e-20 2

24e-4

1e-20 3

24e-4

1e-20 5

24e-4

1e-20 3

24e-4

1e-20 3

24e-4

1e-20 4

24e-4

1e-20 6

24e-4

1e-20 4

24e-4

1e-20 6

24e-4

1e-20 7

24e-4

1e-20 7

24e-4

1e-20 8

24e-4

1e-20 9

24e-4

1e-20 9

24e-4

1e-20 11

24e-4

1e-20 10

24e-4

1e-20 11

24e-4

1e-20 11

24e-4

1e-20 12

24e-4

1e-20 15

24e-4

1e-20 15

24e-4

1e-20 12

24e-4

1e-20 14

24e-4

1e-20 13

24e-4

1e-20 14

24e-4

1e-20 15

24e-4

1e-20 17

24e-4

1e-20 0

0 0 1

3.75 2

3.5 1

4.75 2

5.5 3

5.25 3

6.25 4 5

6.25 5

5.25 6

5.5 7

4.75 7

3.75 6

3.5 8 8

0 11

0 12

0 171

0 172

0 9 2 0-12 0 5 0-5

0 6 0-5

0 8 0-5

0 9 0-5

0 10 0-5

0 12 0-5

0 13 0-5

0 16 0-12 0 0

表四：2题输出数据

Input Data File Name: sjl2.txt

Output File Name: sjl2out.txt

************************************************************************ *

sjl2 gangjia 2011.10.24

************************************************************************

The Input Data

The General Information

NLC

2.000E+08

The Information of Members

member start end

2.400000E-03

1.000000E-20

2.400000E-03

1.000000E-20

2.400000E-03

1.000000E-20

2.400000E-03

1.000000E-20

2.400000E-03

The Joint Coordinates

joint

.000000

4.000000

1.000000

3.750000

2.000000

3.500000

1.000000

4.750000

1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20

1.000000E-20

2.000000

5.500000

3.000000

5.250000

3.000000

6.250000

4.000000

7.000000

5.000000

6.250000

5.000000

5.250000

6.000000

5.500000

7.000000

4.750000

7.000000

3.750000

6.000000

3.500000

8.000000

4.000000

8.000000

.000000

The Information of Supports

.000000

171

.000000

172

.000000

Loading Case 1

The Loadings at Joints

NLJ=

joint

.000000

-12.000000

.000000

-5.000000

.000000

-5.000000

.000000

-5.000000

.000000

-5.000000

.000000

-5.000000

.000000

-5.000000

.000000

-5.000000

.000000

-12.000000

The Loadings at Members

NLM=

The Results of Calculation

FM.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000

The Joint Displacements

joint

rotation

-5.714286E-22

-2.950000E-21

-5.676597E-05

1.682251E-04

-1.625000E-04

-1.236830E-04

1.583218E-04

-2.705629E-04

-3.193943E-05

1.833298E-04

-2.161644E-04

2.716851E-05

2.265671E-04

-2.809795E-04

-4.829399E-05

1.786882E-04

-2.578310E-04

2.349593E-05

1.918510E-04

-2.279964E-04

1.336072E-04

-2.384131E-04

1.857079E-18

-1.009603E-04

-1.336072E-04

-2.384131E-04

-1.918510E-04

-2.279964E-04

-1.786882E-04

-2.578310E-04

-2.265671E-04

-2.809795E-04

-1.583218E-04

-2.705629E-04

-1.833298E-04

-2.161644E-04

-1.682251E-04

-1.625000E-04

5.714286E-22

-2.950000E-21

The Terminal Forces

member

start

19.500000

end

-19.500000 start

11.517511

end

-11.517511 start

9.375000

end

-9.375000 start

-7.730823

end

7.730823 start

-5.153882

end

5.153882 start

9.375000

end

-9.375000 start

5.000000

end

-5.000000 start

-5.038911

end

5.038911 start

10.000000

end

-10.000000

start

-2.576941

end

2.576941

4.762947E-05 1.067515E-04 9.122545E-19-1.067515E-04-4.762947E-05-2.349593E-05 4.829399E-05 3.193943E-05-2.716851E-05 1.236830E-04 5.676597E-05

.000000

M.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000

start

1.439689

.000000

end

-1.439689

.000000

start

9.375000

.000000

end

-9.375000

.000000

start

5.000000

.000000

end

-5.000000

.000000

start

-3.599222

.000000

end

3.599222

.000000

start

9.375000

.000000

end

-9.375000

.000000

start

9.375000

.000000

end 10

-9.375000

.000000

start

-3.599222

.000000

end 11

3.599222

.000000

start 11

5.000000

.000000

end 10

-5.000000

.000000

start 10

9.375000

.000000

end 12

-9.375000

.000000

start 11

-2.576941

.000000

end 12

2.576941

.000000

start 11

1.439689

.000000

end 15

-1.439689

.000000

start 12

9.375000

.000000

end 13

-9.375000

.000000

start 15

10.000000

.000000

end 12

-10.000000

.000000

start 15

-5.153882

.000000

end 14

5.153882

.000000

start 12

-5.038911

.000000

end 14

5.038911

.000000

start 14

5.000000

.000000

end 13

-5.000000

.000000

start 13

9.375000

.000000

end 16

-9.375000

.000000

start 14

-7.730823

.000000

end 16

7.730823

.000000

start 15

11.517511

.000000

end 17

-11.517511

.000000

start 17

19.500000

.000000

end 16

-19.500000

.000000

钢架轴力图（其中拉力为正，压力为负）：

3．作图示连续梁的FS、M图，已知各梁截面面积A=6.5m2,惯性矩I=5.50m4，各杆E=3.45×104MPa。5分

解：该结构为一超静定结构，输入输出数据如下：

表五：3题输入数据

************************* *

* * sjl3 lxl 2011.10.24

* *

* ************************* 345e5 1

6.5

5.5 2

6.5

5.5 3

6.5

5.5 0

0 40

0 80

0 120

0 11

0 12

0 22

0 32

0 42

0 0 4 1

-10.5

-320

-10.5

表六：3题输出数据

Input Data File Name: sjl3.txt

Output File Name: sjl3out.txt

*************************

* sjl3 lxl 2011.10.24

*************************

The Input Data

The General Information

NLC

3.450E+07

The Information of Members

member start end

6.500000E+00

5.500000E+00

6.500000E+00

5.500000E+00

6.500000E+00

5.500000E+00

The Joint Coordinates

joint

.000000

40.000000

.000000

80.000000

.000000

120.000000

.000000

The Information of Supports

.000000

Loading Case 1

The Loadings at Joints

NLJ=

The Loadings at Members

NLM=

member type

DST

-10.500000

40.000000

-10.500000

40.000000

-320.000000

20.000000

-10.500000

40.000000

The Results of Calculation

The Joint Displacements

joint

rotation

0.000000E+00

6.600000E-21

-5.480896E-05

0.000000E+00

-6.600000E-21

-3.794466E-05

0.000000E+00

-6.600000E-21

3.794466E-05

0.000000E+00

6.600000E-21

5.480896E-05

The Terminal Forces

member

M start

.000000

144.000000

.000000

end

.000000

276.000000

-2640.000000 start

.000000

370.000000

2640.000000

end

.000000

370.000000

-2640.000000 start

.000000

276.000000

2640.000000

end

.000000

144.000000

.000000

连续梁的Fs图：

工程热力学实验报告单篇6

流体力学综合实验

姓名：

学号：

班级号：

实验日期：2016

实验成绩：

流体力学综合实验

一、实验目的：

1.测定流体在管道内流动时的直管阻力损失，作出λ与Re的关系曲线。

2.观察水在管道内的流动类型。

3.测定在一定转速下离心泵的特性曲线。

二、实验原理

1、求

与Re的关系曲线

流体在管道内流动时，由于实际流体有粘性，其在管内流动时存在摩擦阻力，必然会引起流体能量损耗，此损耗能量分为直管阻力损失和局部阻力损失。流体在水平直管内作稳态流动（如图1所示）时的阻力损失可根据伯努利方程求得。

以管中心线为基准面，在1、2截面间列伯努利方程:

图1

流体在1、2截面间稳定流动

因u1=u2，z1=z2，故流体在等直径管的1、2两截面间的阻力损失为

流体流经直管时的摩擦系数与阻力损失之间的关系可由范宁公式求得，其表达式为

由上面两式得：

而

由此可见，摩擦系数与流体流动类型、管壁粗糙度等因素有关。由因此分析法整理可形象地表示为

式中：-----------直管阻力损失，J/kg；

------------摩擦阻力系数；

----------直管长度和管内径，m；

---------流体流经直管的压降，Pa；

-----------流体的密度，kg/m3；

-----------流体黏度，Pa.s；

-----------流体在管内的流速，m/s；

流体在一段水平等管径管内流动时，测出一定流量下流体流经这段管路所产生的压降，即可算得。两截面压差由差压传感器测得；流量由涡轮流量计测得，其值除以管道截面积即可求得流体平均流速。在已知管径和平均流速的情况下，测定流体温度，确定流体的密度和黏度，则可求出雷诺数，从而关联出流体流过水平直管的摩擦系数与雷诺数的关系曲线图。

2、求离心泵的特性曲线

三、实验流程图

流体力学实验流程示意图

转子流量计

离心泵

压力表

真空压力表

水箱

闸阀1

闸阀2

球阀3

球阀2

球阀1

涡轮流量计

孔板流量计

∅35×2钢管

∅35×2铜管

∅10×2钢管

四、实验操作步骤

1、求

与Re的关系曲线

根据现场实验装置，理清流程，检查设备的完好性，熟悉各仪表的使用方法。

打开控制柜面上的总电源开关，按下仪表开关，检查无误后按下水泵开关。

打开球阀1，调节流量调节闸阀2使管内流量约为10.5，逐步减小流量，每次约减少0.5，待数据稳定后，记录流量及压差读数，待流量减小到约为4后停止实验。

打开球阀2，关闭球阀1，重复步骤（3）。

打开球阀2和最上层钢管的阀，调节转子流量计，使流量为40，逐步减小流量，每次约减少4，待数据稳定后，记录流量及压差读数，待流量减小到约为4时停止实验。完成直管阻力损失测定。

2、求离心泵的特性曲线

根据现场实验装置，理清流程，检查设备的完好性，熟悉各仪表的使用方法。

打开控制柜面上的总电源开关，按下仪表开关，先关闭出口阀门，检查无误后按下水泵开关。

打开球阀2，调节流量调节阀1使管内流量，先开至最大，再逐步减小流量，每次约减少1，待数据稳定后，记录流量及压差读数，待流量减小到约为4后停止实验，记录9-10组数据。

改变频率为35Hz，重复操作（3），可以测定不同频率下离心泵的特性曲线。

五、实验数据记录

1、设备参数：；

；

2、实验数据记录

1）求

与Re的关系曲线

铜管湍流

钢管湍流

序号

qv(m3h)

∆p(kpa)

序号

qv(m3h)

∆p(kpa)

8.7

3.14

11.1

4.65

8.3

2.90

10.5

4.20

7.9

2.66

9.9

3.78

7.5

2.40

9.3

3.38

7.1

2.21

8.7

3.00

6.7

1.97

8.1

2.61

6.3

1.77

7.5

2.25

5.9

1.55

6.9

1.97

5.5

1.38

6.3

1.68

5.1

1.21

5.7

1.40

4.7

1.04

5.1

1.16

钢管层流

序号

qv(Lh)

∆p(pa)

935

701

500

402

340

290

230

165

116

582、求离心泵的特性曲线

30Hz离心泵数据记录

序号

流量

真空表

压力表

电机功率

15.65

-2200

28000

694

14.64

-2000

31000

666

13.65

-1800

37000

645

12.65

-1200

40000

615

11.62

200

42000

589

10.68

47000

565

9.66

50000

549

8.67

1000

51000

521

7.67

1500

55000

488

6.63

1800

59000

468

5.62

1800

60000

442

4.58

2000

67000

388

0.08

0.0022

0.083

166.9

35Hz离心泵数据记录

序号

流量

真空表

压力表

电机功率

18.27

-500

42000

1052

17.26

-400

48000

998

16.24

-300

51000

972

15.26

-300

56000

933

14.27

-200

61000

906

13.28

-200

65000

861

12.27

-200

68000

824

11.27

-100

71000

798

10.26

76000

758

9.26

-100

80000

725

8.26

82000

682

7.26

-100

89000

653

6.27

150

90000

626

5.26

180

100000

585

4.43

200

110000

528

六、典型计算

1、求

与Re的关系曲线

以铜管湍流的第一组数据为例计算

T=22℃时，ρ≈997.044kg/m3

μ≈1.0×10-3Pa∙s

以管中心线为基准面，在1、2截面间列伯努利方程

P1ρ+u12+gz1=P2ρ+u22+gz2+hf

因u1=u2，z1=z2，故流体在等径管的1、2两截面间的阻力损失为

hf=∆Pρ=3.14*10001000=3.15J/kg

u=qvA=qvπ4d12=8.73600×0.0007548=3.202m/s

;

Re=duρμ=0.031×3.202×997.0440.001=98960.27

因为hf=λ∆Pρ

;

所以λ=∆Pρd1l2u2=3.15×0.0311.2×23.2022=0.01587

其他计算与此相同。

2、求离心泵的特性曲线

湍流铜管：管长L2=1.2m；管内径d2=31mm

铜管湍流

序号

qv(m3h)

∆p(kpa)

u(ms)

8.7

3.14

3.202

98960.27

0.01587

8.3

2.90

3.055

94410.37

0.01611

7.9

2.66

2.907

89860.48

0.01631

7.5

2.40

2.760

85310.58

0.01633

7.1

2.21

2.613

80760.68

0.01677

6.7

1.97

2.466

76210.78

0.01679

6.3

1.77

2.318

71660.89

0.01706

5.9

1.55

2.171

67110.99

0.01704

5.5

1.38

2.024

62561.09

0.01745

5.1

1.21

1.877

58011.19

0.01780

4.7

1.04

1.730

53461.3

0.01801

钢管湍流

序号

qv(m3h)

∆p(kpa)

u(ms)

11.1

4.65

4.085

126259.7

0.01444

10.5

4.20

3.864

119434.8

0.01458

9.9

3.78

3.643

112610

0.01476

9.3

3.38

3.423

105785.1

0.01495

8.7

3.00

3.202

98960.27

0.01517

8.1

2.61

2.981

92135.43

0.01522

7.5

2.25

2.760

85310.58

0.01530

6.9

1.97

2.539

78485.73

0.01583

6.3

1.68

2.318

71660.89

0.01620

5.7

1.40

2.098

64836.04

0.01649

5.1

1.16

1.877

58011.19

0.01706

湍流钢管：管长L3=1.2m；管内径d32=31mm

钢管层流

层流钢管：管长L1=2m；管内径d1=6mm

序号

qv(Lh)

∆p(pa)

u(ms)

935

0.393

2351.03

0.06084

701

0.353

2111.74

0.05631

500

0.314

1878.43

0.05083

402

0.275

1645.12

0.05338

340

0.236

1411.81

0.06145

290

0.196

1172.52

0.07547

230

0.157

939.22

0.09353

165

0.118

705.91

0.11928

116

0.079

472.60

0.18869

0.039

233.31

0.377372、离心泵的特性曲线

以第一组数据为例，n=30Hz

T=23℃时，ρ≈997.044Kg/m3

μ≈1.0×10-3Pa∙s

以水平地面为基准面，离心泵进口压力表为1-1截面，离心泵出口压力表为2-2截面，在此两截面之间列伯努利方程

P1ρg+u12g+z1+H=P2ρg+u22g+z2+Hf

因为

Hf≈0

;

所以H=

P2-P1ρg+u2-u12g+∆Z

∆Z=Z2-Z2=0.2m

;

进口直径D=50mm

;

出口直径d=40mm

u1=qvA1=qvπ4D2=15.653600×π4×0.052m/s=2.215m/s

;

u2=qvA2=qvπ4d2=15.653600×π4×0.042m/s=3.458m/s、H=3.647mH2O

N=N电∙η电∙η传

;

η电=0.75

;

η传=0.95

N=694×0.75×0.95=494.5W

η=NtN

;

Nt=qHρg=3.647×15.65×997.044×9.81/3600W=155.26W

η=155.26494.5×100%=31.36%

序号

流量Qv(m3h)

扬程

轴功率

效率

15.65

3.647

494.5

31.36%

14.64

3.889

474.5

32.60%

13.65

4.440

459.6

35.83%

12.65

4.647

438.2

36.45%

11.62

4.672

419.7

35.15%

10.68

5.173

402.6

37.29%

9.66

5.439

391.2

36.49%

8.67

5.422

371.2

34.41%

7.67

5.756

347.7

34.50%

6.63

6.113

333.5

33.02%

5.62

6.197

314.9

30.04%

4.58

6.876

276.45

30.95%

30Hz离心泵的特性曲线

35Hz离心泵的特性曲线

序号

流量Qv(m3h)

扬程

轴功率

效率

18.27

5.036

749.55

33.35%

17.26

5.586

711.08

36.84%

16.24

5.833

692.55

37.16%

15.26

6.298

664.76

39.28%

14.27

6.756

645.53

40.58%

13.28

7.125

613.46

41.91%

12.27

7.394

587.10

41.99%

11.27

7.656

568.58

41.23%

10.26

8.125

540.08

41.94%

9.26

8.515

516.56

41.47%

8.26

8.684

485.93

40.11%

7.26

9.387

465.26

39.80%

6.27

9.444

446.03

36.07%

5.26

10.446

416.81

35.82%

4.43

11.455

376.20

36.65%

七、实验结果分析与讨论

1、求

与Re的关系曲线

实验结果：由关系曲线可以看出，钢管层流实验中，雷诺数与摩擦阻力系数在双对数坐标中呈线性关系，摩擦阻力系数只与流动类型有关，且随雷诺数的增加而减小，而与管壁粗糙度无关；在铜管湍流与钢管湍流实验中，摩擦阻力系数随雷诺数增加而趋于一个定值，此时流体进入完全阻力平方区，摩擦阻力系数仅与管壁的相对粗糙度有关，与雷诺数的增加无关。

结果分析：实验结果基本与理论相符合，但是也存在误差，如：在钢管层流实验中，在雷诺数在1870~2000范围内，雷诺数Re增大，λ并不随Re增大而减小，反而增大。产生这种现象可能是因为在Re为1870~2000范围内时已经非常接近于湍流，导致其规律与理论出现偏差。此外，还有可能是因为设备本身存在的误差，即流量调小至一定程度时，无法保证对流量的精准调节，使结果出现误差。

减小误差的措施：a.在实验正式开始前对设备进行检查，确认设备无漏水等现象再开始实验；b.进行流量调节时，每次应以相同幅度减小c.调节好流量后，应等待3分钟，等读数稳定后再进行读数。

2、离心泵的特性曲线

实验结果：有实验数据和曲线图可以看出，扬程随流量的增加而降低，轴功率随流量的增加而升高，效率随流量的增加先升高后降低。随着转速增大，三者均增大，由实验结果可以看出，基本符合Qv＇Qv=n＇n、H＇H=n＇n2、N＇N=n＇n3的速度三角形关系。

结果分析：实验结果与理论规律基本符合，在转速为35Hz时结果较理想，但是在转速为30Hz时，虽然符合基本规律，但是效率明显过低。造成这种现象的主要原因是转速过低，设备存在的设备误差更大，改善方法是在较高转速下进行实验。

减小误差的方法：a.在实验正式开始前对设备进行检查，确认设备无漏水等现象再开始实验；b.进行流量调节时，每次应以相同幅度减小c.调节好流量后，应等待3分钟，等读数稳定后再进行读数。d.在转速稍高的条件下进行实验。e.读数压力表时指针摆动幅度大，应在均匀摆动时取其中间值。

六、实验思考与讨论问题

1、直管阻力产生的原因是什么？如何测定与计算？

答：流体有粘性，管壁与流体间存在摩擦阻力。用压力计测定所测流体在所测水平等径管内流动的压差,一定要水平等径，△p=ρhf就可求得直管阻力。

2、影响本实验测量准确度的原因有哪些？怎样才能测准数据？

答：管内是否混入气泡，流体流动是否稳定。排出管内气泡，改变流速后等待2~3min待流体流动稳定后记录数据。

3、水平或垂直管中，对相同直径、相同实验条件下所测出的流体的阻力损失是否相同？

答：不同，根据伯努利方程可知，垂直管高度差将影响阻力损失。

根据实验测定数据，如何确定离心泵的工作点？

工程热力学实验报告单篇7

本文以石油工程中的压裂模拟为例, 详细阐述数值实验与实践结合在岩石力学教学中的应用效果及特点。

1 案例教学的优点

岩石力学作为高校的一门必修课, 常与土木, 水利、采矿、石油等专业现场有紧密联系。在本科阶段, 本质上讲是要学生理解岩石力学基础理论, 但更重要的, 是要求学生能够联系生产实践, 能够将理论应用于实践, 解决实践问题。要达到这一目标, 一个重要环节就是工程案例教学。通过对工程案例的分析, 提高学生动手及设计能力。但若进行现场实验教学, 其实习场所、课时分配以及硬件条件等问题都会产生制约。而且对于一些稍微复杂一点的工程案例, 实验室内进行物理模型实验很难达到要求, 且存在高温高压因素, 风险程度高, 因此需要寻找先进的教学方法与手段来提高工程案例教学的效果。

2 数值模拟方法的优点

(1) 成本低。适当的数值模拟试验, 不必准备硬性模拟器材和材料, 大大节约成本。 (2) 教学重点、难点讲解更透彻。可以将模拟分析过程中的理论单独提炼, 达到理论和分析效果交相呼应的目的。通过形象的图形演示, 使学生理解透彻, 并且认识深刻, 不易忘记。 (3) 扩大学生专业知识面, 激发学生学习热情与创造力。通过数值模拟实验的实施, 学生对数学方法, 如有限元方法、数值分析方法等会产生一定兴趣, 从而促进了其他学科的教学。 (4) 安全性好。数值实验不必让学生亲身接触高温高压条件, 保障了学生的生命财产安全。 (5) 可重复性高。岩石力学作为一门实践性学科, 由于其处理目标-岩石的本身结构十分复杂, 在实验过程中常出现一些不可预知的情况, 也不能保证两次实验结果完全一致, 这是岩石本身条件使然, 不是理论和仪器的影响结果。数值实验就不存在这个问题了, 大大方便了教学。

3 水力压裂模拟与工程案例分析

在石油工程领域, 由于疏松砂岩结构特点的影响, 其对外载应力变化十分敏感;当疏松砂岩储层骨架所承受的地应力发生变化时, 其储层物性参数将会随之发生变化。脱砂压裂过程中, 诸多因素影响压裂井压后产能。但室内物理模拟很难对这一状态进行模拟, 且无法进行单因素规律分析。为此, 本文介绍利用数值模拟方法对压裂动态造缝进行模拟, 定量研究动态造缝影响下的压后储层物性参数分布规律及压后渗流速度分布规律。

数值实验中, 有限元建模过程中采用了以下两点假设: (1) 采用平面应变模型; (2) 裂缝为对称双翼缝。因此, 模型具有对称性, 可采用1/4结构建模。其中储层部分物性参数取自胜利油田孤岛某疏松砂岩油藏。

数值实验的一大优点是可以充分进行压后储层物性参数分布规律研究。影响压后储层物性参数分布规律的因素较多, 其中既有动态造缝本身的因素, 如压裂造缝几何形态、造缝长度、造缝宽度等, 也有储层本身的因素, 如储层应力敏感性等, 压后储层物性参数分布受以上各因素综合影响。关于裂缝形态的影响, 如图1, 降低井底压力生产也同样会使疏松砂岩外载增加, 即生产过程本身的流固耦合作用也会引起储层渗透率降低, 在降压生产单独作用下, 裂缝周边渗透率最低降到了0.83μm2, 相对于原场渗透率降低了16.8%。越靠近裂缝壁面及裂缝尖端处, 渗透率受到的影响越剧烈。

压后孔隙度分布规律研究如图2。模拟过程中孔隙度及渗透率等参数均取为有效应力函数, 故模拟压后储层孔隙度分布规律与渗透率分布规律类似, 不再详述。另外, 由于渗透率应力敏感程度明显强于孔隙度应力敏感程度, 这也使得造缝影响下的孔隙度变化率明显低于渗透率变化率。压后弹性模量分布规律研究如图3。当仅考虑降压生产时, 储层弹性模量最大为3.21GPa, 相对于原场弹性模量增加了7%。当考虑动态造缝效应时, 近井眼及部分裂缝周边区域弹性模量明显大于3.21GPa, 说明上述区域内动态造缝对弹性模量改变发挥了重要影响。

4 结论与建议

分析可知:室内物理模拟实验方法相比, 数值实验有其突出的优点:成本低、重复性高、安全性好, 后续分析能力强, 尤其是工程实践结合紧密。实践证明, 岩石力学教学中, 尤其在工科院校的岩石力学教学中, 充分利用数值模拟技术, 可大大提高教学效果。对于那些室内实验不能模拟的复杂工程案例, 通过数值模拟方法便可以得到很好的解决, 结合多媒体技术, 极大提高学生学习兴趣, 掌握更多知识点, 取得较好的教学效果。

摘要：针对工科院校岩石力学实践教学环节实行困难的问题, 本文提出了结合工程实践的数值实验方法。通过分析数值实验方法以及工程实例案例教学方法的优点, 得到了将数值实验与工程实践相结合的必要性。通过实例分析, 充分说明了与工程实践相结合的数值实验方法的优越性, 对工科院校岩石力学的教学具有一定的指导意义。

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