ВІРТУАЛЬНІ ЛАБОРАТОРНІ СТЕНДИ:
мети створення, призначення, додаткові можливості
Основна мета - створення віртуальних лабораторних стендів (тренажерів) для технічних і технологічних спеціальностей середніх спеціальних і вищих навчальних закладів.
Стенди створені на базі персональних комп'ютерів, з використання результатів наукових досліджень і методів математичного моделювання процесів в термодинаміці, теплотехніки, при ТЕПЛОМАСООБМІННИХ, що дозволяють відтворювати досліджувані процеси з достатнім ступенем наближення до реальних умов їх протікання, а також аналізувати їх в широкому діапазоні змінних умов.
Стенди призначені для:
навчання студентів технічних і технологічних спеціальностей за програмами відповідних дисциплін навчальних планів;
проведення студентами навчально-дослідних робіт;
проведення занять, як в лабораторіях навчального закладу, так і дистанційно з використанням технологій Інтернету.
Інформаційно-моделююча система "Віртуальні лабораторні стенди" ( "Lab Works") являє собою програмно-апаратний комплекс (програмне забезпечення та комп'ютер для його реалізації) і складається з:
робочого місця викладача;
робочого місця учня;
сервера системи - бази даних;
дистанційного робочого місця.
Система містить віртуальні стенди, які є аналогами реальних лабораторних установок.
Програмне забезпечення віртуальних лабораторних стендів складається з: математичної моделі, яка описує процеси, що відбуваються в лабораторній установці; візуального відображення елементів, зв'язків і стану лабораторної установки і елементів управління нею. При цьому також відображаються і візуальні анімовані ефекти: кипіння, горіння, випаровування і т.д.
Управління лабораторними стендами (пуск, стоп, пауза, зміна режиму роботи і т.д.) здійснюється віртуальними органами управління, візуально повторюють реальні: контрольно-вимірювальні прилади, обладнання тощо
Робоче місце викладача дозволяє призначати / зупиняти лабораторні роботи на робочих місцях студентів, задавати початкові параметри, переглядати хід і результати виконання лабораторних робіт, аналізувати статистику по студентах і по роботах.
Робоче місце студента дозволяє запускати віртуальні лабораторні стенди і виконувати роботи відповідно до завдання викладача і методичними вказівками. Стенди можуть поставлятися в комплектації робочих місць студентів від 1 до 32.
Важливою особливістю розробленої системи є можливість роботи в дистанційному режимі. В цьому режимі використання стенду викладач формує пакет із завданням і пересилає його по електронній пошті для кожного студента (або групи студентів). Студенти дистанційно, перебуваючи в будь-якій точці світу, маючи підключення до Інтернету, виконують лабораторні роботи, і результати в електронному вигляді відправляють викладачеві для контролю і обліку. Результати виконання роботи можуть бути представлені у вигляді таблиць або графічних матеріалів, доповнені необхідними поясненнями.ТЕРМОДИНАМІКА
(лабораторні роботи)1. Газові закони. Таріровка газового термометра.
Моделюються умови: циліндр з поршнем укладені в термостатований резервуар. За допомогою штока і реверсивного крокової приводу поршень може переміщатися в циліндрі. Управляється кроковий привід пультом, що відображає поточний обсяг під поршнем.
Термостатування обсягу здійснюється прокачується водою, температура якої підтримується термостатами, налаштованими на підтримання низької і високої температури. Вибір термостата, вода з якого в даний момент подається в об'єм, здійснюється краном. Кожен термостат має власний пульт управління. Термостати розташовані нижче рівня циліндра і при відключенні циркуляційного насоса вода з сорочки циліндра стікає в відповідний термостат. Для заповнення або вентиляції обсягу циліндра служать крани. Вузол відкачування газу складається з форвакуумного насоса, ресивера-масловіддільника, кранів. Включення насоса здійснюється з пульта. Для контролю тиску в частині роботи "Газові закони" служить мановакуумметри. Вимірювання температури всередині циліндра здійснюється термопарою. Для виконання "тарировки газового термометра" до внутрішнього об'єму циліндра через кран підключається рідинний (ртутний) "U" -подібний абсолютний манометр з заглушеній правої трубкою, коліна якого з'єднані гнучким шлангом.2. Цикл теплової машини (прямий і зворотний).
Моделюються умови: аналогічної 1-ої роботі стенд містить керується за допомогою терморегулятора резервуар, з укладеним в ньому циліндром з поршнем. Для контролю тиску служить мановакуумметри. Прилад постійно підключений до внутрішнього об'єму циліндра магістраллю. Показання приладів - щодо атмосферного тиску. 3. Діаграми стану реального газу (вивчення кривої Ван-дер-Ваальса).
4. Визначення "точки роси" при різній абсолютної вологості.
5. Визначення теплоти випаровування рідини по тиску насичених парів.
Моделюються умови: аналогічної 1-ої роботі стенд містить керується за допомогою терморегулятора резервуар, з укладеним в ньому циліндром з поршнем, мановакуумметри, термопари, Систему відкачування циліндра. Також, стенд містить термостати, які підтримують температуру прокачується води. Для заповнення або вентиляції обсягу циліндра служать крани: з'єднання внутрішнього обсягу циліндра з атмосферою;
підключення до магістралі балона, що містить вуглекислий газ. Тиск газу, що подається задається редуктором, який управляється з пульта.
кран-дозатор для подачі у внутрішній обсяг циліндра заданої кількості рідини (вода). Кран має 4 положення.
6. Визначення теплоємності твердого тіла.
Моделюються умови: заданий викладачем зразок (цегла, залізний брусок, латунний брусок) поміщається в піч, де відбувається його нагрівання. Нагрівання печі здійснюється нагрівальним елементом, харчування на який подається з регульованого блоку живлення. Температура всередині печі вимірюється термопарою, індикація - цифровим термометром. Для рівномірного прогріву всередині печі розташований вентилятор з електродвигуном, що включається з пульта. 7. Визначення теплоємності газу методом проточного нагріву
Моделюються умови: газ пропускається через нагрівається трубку. У моделі фіксується температура газу на вході в трубку і на виході з неї. Температура нагрівача відома. У трубку студент може запускати повітря або вуглекислий газ. Студент може змінити швидкість проходження газу і напруга на нагрівальний елемент. 8. Визначення показника адіабати γ = С p / Cv при адіабатичному розширенні газу.
Моделюються умови: через пробку товстостінного скляної посудини проходять дві трубки. Перша, діаметром 1 см, забезпечена краном. Друга, з'єднує внутрішній об'єм посудини з манометром і краном, через який з балона в систему може подаватися стиснене повітря. Кран з'єднує внутрішній об'єм посудини з атмосферою. U-подібний масляний барометр містить два коліна. Для зчитування показань висота рідини в колінах манометра відображається на табло. 9. Визначення показника адіабати γ = С p / Cv по швидкості звуку в повітрі.
Моделюються умови: герметична труба забезпечена водяним контуром для підтримки заданої температури газу у внутрішньому обсязі. Для заповнення внутрішнього об'єму газом, а також для підключення манометра служить магістраль. Випромінює капсуль підключений до генератора НЧ.
Мікрофон підключений до вольтметру змінного струму. Балони - вуглекислий газ і повітря, оснащені редукторами і краном для подачі газу у внутрішній об'єм посудини. Система відкачування служить для очищення внутрішнього обсягу перед зміною газу.
Вузол відкачування газу складається з форвакуумного насоса, ресивера-масловіддільника, кранів. Включення насоса здійснюється з пульта. Контроль тиску при відкачці здійснюється мановакуумметрів.10. Визначення коефіцієнта термічного розширення (лінійного) твердого тіла.
Моделюються умови: дріт з досліджуваного матеріалу, натягнута всередині теплоізоляційної трубки. Верхній кінець дроту закріплений на штативі, нижній кінець - на повідку мікрометра-індикатора. Для підтримки дроту в натягнутому стані знизу до повідця мікрометра-індикатора прикріплений вантаж. Зверху і знизу до дроту підведені дроти, по яких проводиться ток для неї. Модель фіксує подається напруга, силу струму, показання вольтметрів, встановлених на контрольному опорі і на досліджуваній дроті. 11. Визначення коефіцієнта термічного розширення (об'ємного) рідини.
Моделюються умови: кварцовий посудина заповнена досліджуваної рідиною. З судини виходить прозора трубка, що служить для вимірювання об'єму витісненої рідини. Посудина повністю занурений у воду, температура якої задається термостатом. Для контролю температури служить термопара. Спочатку термостат заповнений льодом, але поступово його температура піднімається до заданої. Тепломасообмін
(лабораторні роботи)12. Дослідження ефекту Джоуля-Томпсона при адіабатичному закінчення газу (вуглекислий газ).
Моделюються умови: постійна температура в термостатованому обсязі підтримується термостатом.
Температура всередині обсягу вимірюється термопарою. Трубка містить мікропористу перегородку, через яку відбувається дроселювання газу. Трубка поміщена в теплоізоляційну захист, що забезпечує адіабатне витікання газу. Температура до і після перегородки вимірюється термопарами. Змійовик, занурений в термостат, забезпечує підігрів газу, що надходить з балона до заданої температури. Магістраль, що підводить газ до системи, також служить для підключення контрольного манометра. Кран і редуктор служать для подачі газу від балона в систему при заданому тиску.13. Дослідження дифузії газів.
Моделюються умови: колби з'єднані з трубкою, яка може перекриватися краном. У колбах встановлені датчики теплопровідності. Через крани колби приєднані до магістралі. Основна магістраль забезпечує заправку колб газом, а також відкачування газу з них. Крани служать для підключення до магістралі відповідної колби. Постійно до магістралі підключений вакуумметр і рідинний (масляний) манометр. Також до магістралі підключені дозуючі системи і форвакуумних насос. 14. Дослідження нестаціонарного теплопотока (теплових хвиль).
Моделюються умови: металевий брусок укладений в теплоізоляційне покриття. По всій довжині бруска рівномірно розташовані термопари, підключені до 10-канальному реєстратору. Кінці бруска поміщені в резервуари, по яких циркулює вода з термостата. Температура установки, фіксована термостатом, -50 ° С. Правий кінець бруска для поліпшення тепловідводу оребрено, лівий знаходиться в зіткненні з площиною елемента Пельт'е, який дозволяє змінювати температуру лівої межі бруска щодо температури рідини в ємності. Модель відображає температуру бруска в п'яти точках. 15. Визначення випромінювальної здатності твердого тіла.
Моделюються умови: всередині електропечі знаходиться зразок, фактична температура якого вимірюється термопарою і відображається на індикаторі. 16. Дослідження роботи трубчастого теплообмінника.
Моделюються умови: трубчастий теплообмінник складається з внутрішньої і зовнішньої труб. Внутрішня труба є нагрівачем, зовнішня - теплоприемником. Матеріал внутрішньої труби - мідь. Зовнішня труба вважається теплоизолированной. Температури впадає / витікання води вимірюються термопарами. Термостат забезпечує подачу на вхід нагрівача води з температурою, заданої на блоці управління. Багатоканальний реєстратор дозволяє закінченню певного часового періоду запам'ятовувати значення температур в 10 точках. ТЕПЛОПРОВІДНІСТЬ
(лабораторні роботи)17. Визначення теплопровідності газів методом нагрітої нитки.
Моделюються умови: труба з коаксіально розташованої тонкостінної мідною трубкою. Трубка ізольована від циліндра кільцевими пробками, які одночасно герметизують внутрішній простір між стінками. По трубках через внутрішній простір циліндра циркулює вода з термостата, що задає температуру трубки. Між шайбами всередині мідної трубки натягнута тонка вольфрамова дріт, підключена до джерела постійного струму через еталонне опір. Дріт і еталонне опір утворюють праве плече вимірювального мосту. Ліве плече моста утворюють магазин опорів і навантажувальний опір. Баланс моста контролюється гальванометром. 18. Визначення теплопровідності твердого тіла (пластина).
Моделюються умови: установка складається з пластин, затиснутих між нагрівачем і холодильником. Пластина виготовлена з матеріалу з відомим коефіцієнтом теплопровідності, пластина - з досліджуваного матеріалу. Між усіма дотичними поверхнями прокладена термопровідних паста. Нагрівач підключений до регульованого джерела живлення, управління яким здійснюється з пульта. Холодильник являє товсту мідну пластину, в якій просвердлені канали, по яких циркулює вода з термостата заданої температури. Поверхонь пластин вимірюється термопарами, затиснутими між пластинами. Робота може виконуватися в двох варіантах. Перший варіант - вимірюється коефіцієнт теплопровідності металів, другий варіант - вимірюється коефіцієнт теплопровідності теплоізоляційних матеріалів. 19. Дослідження конвекционной тепловіддачі при природній конвекції уздовж горизонтального циліндра.
Моделюються умови: Установка складається з довгою толстостенной металевої труби, всередині якої знаходиться нагрівальна спіраль, підключена до джерела живлення. Для контролю температури зовнішньої поверхні труби служать термопари, підключені до багатоканального реєстратора. В роботі використовується дві труби з різним ступенем чорноти поверхні. Нагрівач підключений до регульованого джерела живлення, управління яким здійснюється з пульта. Температура навколишнього повітря вимірюється термопарою. 20. Дослідження конвекционной тепловіддачі при примусовому русі газу всередині нагрітої труби.
Моделюються умови: Установка складається з довгою толстостенной металевої труби, що знаходиться всередині печі, в якій знаходиться нагрівальна спіраль, підключена до джерела живлення. Для контролю температури труби служать термопари, підключені до багатоканального реєстратора. Рух повітря всередині труби забезпечується компресором, забезпеченим регулятором напору. Нагрівач підключений до регульованого джерела живлення. Температура повітря на вході / виході в трубу вимірюється термопарою. БАЗОВА ПОСТАЧАННЯ
ПО "Віртуальні лабораторні стенди" в складі:
Робоче місце викладача - 1 шт.
Робоче місце учня - 5 шт.
Віртуальний стенд - 5 шт. (За вибором Замовника).
Технічне керівництво.
Керівництво викладача.
Додаткові опції для базової поставки:
Набір додаткових робочих місць учня №1 (включає ліцензію на 5 робочих місць учня).
Набір додаткових робочих місць учня №2 (включає ліцензію на 10 робочих місць учня).
Набір додаткових віртуальних стендів №1 (включає ліцензію на 5 додаткових віртуальних стендів на вибір Замовника).
Набір додаткових віртуальних стендів №2 (включає ліцензію на 10 додаткових віртуальних стендів на вибір Замовника).
Додаткові модулі:
Дистанційне навчання (включає ліцензію на модуль дистанційного навчання та 10 віддалених робочих місць учня).
Додаткові опції для модуля дистанційного навчання:
Набір віддалених робочих місць учня №1 (включає ліцензію на 10 робочих місць учня).
Набір віддалених робочих місць учня №2 (включає ліцензію на 20 робочих місць учня).
Набір віддалених робочих місць учня №3 (включає ліцензію на 50 робочих місць учня).
Набір віддалених робочих місць учня №4 (включає ліцензію на 100 робочих місць учня).
Набір віддалених робочих місць учня №5 (включає ліцензію на 200 робочих місць учня).
Додаткова документація:
Технічне керівництво.
Керівництво викладача.
додатково:
Розробка нових віртуальних стендів.