- 实验学时:4
- 实验操作步数:13
- 负责人:牛洪涛
清华大学航天航空学院的风洞融合数字化教学平台服务于本科生及研究生的《流体力学》、《实验力学》、《实验流体力学》等课程,以开展流体力学课程中的不可压缩流动问题的相关教学任务。
该平台主要依据流体力学实验室的低湍流度回流式风洞而设计,构建了低速回流式风洞实验场景,同时也构建了流动现象演示实验与二维势流叠加实验。在实践教学环节中,充分融合线上线下教学模式,为开展流体力学中的不可压缩流动机理教学提供了完备的在线教学资源库。
风洞融合数字化教学平台主要包括以下八个虚拟实验教学内容:
➢ 通过漫游方式学习低速风洞原理、关键部件的结构,学习热线风速仪的测速原理与测速方法;
➢ 基于多点压力扫描阀的翼型表面压力分布测量与升阻力系数计算实验;
➢ 基于热线测速技术的动量法测量NACA0012翼型阻力实验;
➢ 雷诺圆管实验:观察层流、湍流的流态及其转捩过程;测定临界雷诺数,掌握圆管流态判别方法;
➢ 伯努利方程实验:掌握有压管流中的能量转换特性,验证理想不可压缩定常流动的伯努利方程;
➢ 流谱流线显示实验:观察流体流动的流线、迹线、脉线,掌握简单势流如汇流、平行流、圆柱绕流的流谱,培养应用势流理论分析圆柱绕流、机翼绕流等问题的能力;
➢ 流动现象显示实验:观察管流、射流中的多种流动现象,掌握流体力学基本原理在工程实际中的应用;
➢ 二维势流叠加实验:应用势流理论求解点涡诱导的复势和速度,理解不可压缩无旋流动速度势的线性组合叠加原理。
风洞融合数字化教学平台采用C# 编程语言和Unity3D引擎开发,并应用3DMax 及Maya等建模工具,为流体力学教学提供了基础规范、综合设计、创新探索三个层次的虚拟实验课程,实现了融合实验场景、实验数据与流动现象可视化于一体的三维虚拟仿真在线实验教学目标,属于流体力学中不可压缩流动虚拟仿真教学领域的完备课程体系。
该教学平台通过学生的沉浸式体验与智能化的在线实践,着力培养学生的基础理论与工程衔接方向的综合创新实践能力,为流体力学学科的长期发展与流体力学研究领域的重要突破培养拔尖创新领军人才。