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能源与动力虚拟仿真仿真实验教学中心
2019-05-08 15:30     (点击: )

一、中心概况

经过2年的发展,中心在教学资源、师资队伍、管理体制和资源共享方面取得了突出的成绩,建设成了开放性、扩展性、兼容性、前瞻性的虚拟仿真实验教学平台。

中心的教学资源建设取得了重要进展,硬件条件保证了多专业多层次教学的顺利实施。中心目前拥有实验室建筑面积2000平方米,拥有虚拟仿真实验室6个,机位120个,服务器4台,仿真研发实验室1个,保证了教学培训和技术开发的条件。

中心目前拥有专兼结合的教师29名,中心采取多种措施提高教师队伍水平,教师长期从事仿真技术的开发、应用和教学培训,工程实践能力强,研发水平高,教学特色鲜明。

中心在建设过程中,始终重视虚拟仿真技术与信息技术的高度融合,建设了中心的门户网站,完成了教学资源共享、信息发布等功能。中心逐渐形成了一套完善的管理体系,系统制定了教师工作绩效考核,经费使用管理等政策措施,保障了中心的持续稳定运行。

每年有能动、集控、核工程与核技术等7个专业学生在虚拟仿真实验教学中心完成实训,使学生在校期间能够在与生产现场高逼真的环境中进行发电过程的实践训练,掌握复杂的发电操作技术。此外,虚拟仿真实践教学中心承担了大量的电力企业运行人员操作技能培训。

二、资源概况

中心充分利用我校学科资源优势,并依据“沈阳工程学院专业本科生人才培养方案”中能源电力相关专业的实验实践内容,针对培养方案中真实实验无法开展或高危险的实验教学内容、大型综合的虚拟实训、模拟真实实验教学中成本高、资源消耗大、污染严重的实验教学内容,建立“实体实验(实训)教学与虚拟仿真实验教学”相结合的教学资源体系。体系以重视基础、突出综合性和设计性、强调创新性的分层次实验教学为理念,包括五大教学模块,涵盖了整体发电过程中安装检修-发电生产-能源环保整个链条,可供不同专业的学生有重点地选取模块进行教学。同时,各个模块可根据不同年级、不同层次的学生对教学模块进行组合,教学资源适用范围广。

中心教学资源是立体化和多层次的,在基础理论课程授课中,利用虚拟现实技术和仿真手段实现能量转换的原理和技术的直观呈现,提高专业基础课授课直观性和新颖性;在专业课程及实践中,充分利用各类先进的仿真和开发平台,构建了整体发电过程虚拟仿真、局部热力设备物理模拟、关键设备三维建模的教学资源体系;在综合设计和创新平台方面,利用虚拟仿真平台,开发综合性强、创新性强、复杂度高的实验项目和举办各类创新竞赛,为学生研究能力和创新能力培养提供良好平台。虚拟仿真实验教学中心的虚拟仿真课程实验及综合训练项目跨越不同难度层次(由基本概念提高到研究创新等),覆盖不同知识内涵(包括热能工程、电气、化工、机械设计与制造、自动化等学科的知识),体现不同实现方式(包括认知感受、动手操作、创意设计、系统实现等)。

五大教学模块包括了发电过程全部环节,满足实习实训、课程设计和毕业设计等多个实践教学环节的需求,教学资源见表1。

1 中心实验项目类别汇总

教学模块

实验(实践)项目群

开出实验项目(数)

培养方案中相关课程或实训

特点

资源类型

火力发电虚拟仿真

火力发电厂仿真机实训

厂用电系统投运等45个实验项目,350种事故处理

电厂认识实习、仿真实训、电厂运行实习、集控运行

实现不同类型机组在启停、运行调整、故障处理等生产过程中的全部重要步骤的仿真实践操作和动态分析及实际运行过程中遇到的典型故障的现象分析和各种事故处理预案的演练、分析。

成本高、资源消耗大的综合的实训

汽轮机数字电液调节及伺服阀性能测试实验

汽轮机危急遮断等12个实验项目

汽轮机原理、DEH、热力发电厂

硬件设备全部为真实设备,通过软件对电站汽轮机DEH系统进行全仿真,模拟DEH各种功能、操作、故障等。

真实实验无法开展或高危险的实验

核能发电虚拟仿真

核发电厂仿真机实训

18个仿真运行实验和52个故障模拟

核电厂认识实习、核电厂仿真机实习、电厂运行实习

模拟机能够完成机组启停、升降功率、设备故障和机组瞬态等工况下的运行。

成本高、资源消耗大的综合的实训

核电站虚拟漫游与虚拟换料仿真实训

核电站厂区环境和厂房的布局等4个漫游实验

核动力系统与设备、核反应堆运行、核反应堆控制及仪表、核电厂热力系统及运行

该实验室是核工程与核技术专业同学进行核电站认识实习,以及其他相关专业了解核电站外部设施和内部设备概况的重要手段,是弥补学生不能直接到核电厂实习、实训的重要途径。

真实实验无法开展

核电站虚拟换料仿真实训

核电站顶盖开盖等拟3个虚拟实验

操作反应堆厂房环吊,实现反应堆顶盖开盖和调离存贮的工作,上部堆内构件的调离。操作换料机、倾翻机等换料设备,实现燃料组件卸载和存贮的过程,让用户了解核电开盖和换料操作的过程

节能与环保仿真

脱硫脱硝实验仿真实训

吸收系统等5个仿真实训

水处理工程与技术、大气污染控制工程、水处理药剂、煤化工工艺学

通过对火电厂烟气脱硫脱硝的数字化模拟,加强学生对火电厂污染物排放控制的感性和理性认识。

成本高、资源消耗大、污染严重的实验

火电厂水处理仿真实训

水的预处理等6个实验项目

建立了火电厂化学水处理系统的水处理工艺,包括水的预处理、反渗透除盐、电渗析除盐、炉水处理和(循环)冷却水处理等多个实训项目的操作和训练。

发电设备检修虚拟仿真

燃气轮机电厂全景漫游

燃气轮机电厂厂区环境和厂房的布局等4个漫游

热力发电厂、燃气轮机与联合循环

通过全景虚拟漫游技术,为学生提供一个真实的现场环境,增强学生对燃气轮机电厂的感性认识。

成本高、资源消耗大的综合的实训

大型火电厂虚拟现实仿真实训

电厂7种典型热力设备虚拟安装等3个实验

汽轮机原理、锅炉原理、热力发电厂、泵与风机

通过三维模型的动态演示,使学生对电厂设备的结构有一定的认识、通过模型透视使内部平时不易见到的设备结构展示给学生,加深认识效果。该实验可以实现用户与虚拟实验环境之间的交互,通过鼠标点击拖动实现电站热力设备的拆装,强化学生对汽轮机结构的认知。

成本高、资源消耗大的实验

发电过程课程虚拟实验

电站参数分析诊断实验

循环水泵优化调度实验等4个实验

热力发电厂、汽轮机原理

在计算机系统中建立的虚拟实验环境,使实验者可以像在真实的环境中一样进行电站热力设备的数据采集、处理,完成对热力设备的运行监测、事故处理。

真实实验无法开展或高危险的实验

电站热力试验仿真实验

电站热力试验仿真

热力发电厂

通过对电厂热力试验过程的模拟,加强学生对电站热力过程的感性认识。

真实实验无法开展或高危险的实验

水泵性能监测实验

多台水泵串联、并联后的流量分析等5个实验。

泵与风机、工程流体力学

采用虚拟仪器建立了各种采集和显示仪表,实现水泵压力、温度、流量、振动等运行参数在线监测与性能分析,解决真实实验教学中高成本和仪器设备昂贵、台套数无法满足的实验项目。

常规实验的补充和扩展,主要用于学生实验课前的预习,熟悉实验过程

工程热物理基础虚拟实验

雷诺数实验等8个实验

工程流体力学、工程热力学、传热学、泵与风机

由虚拟实验环境模拟其他无法实现的参数实验,虚实结合为学生提供一个完整的专业基础实验环境,增强了学生对工程热物理基础实验的掌握程度,提高了学生的动手能力,减少了设备的损耗,节约了试验时间。挺高了教学效率。

、目前教学资源共享的范围和效果

目前,中心承担能源与动力学院、自动化学院和国际教育学院的7个本、专科专业的虚拟仿真实训教学任务。对于不同专业学生,根据其培养计划和专业特点,选择不同的模块和功能。通过共享教学资源,激发了学生的学习兴趣,增强了学生的自主性和主动性,提高了学生工程思维和解决实际问题的能力,取得了良好的实验教学效果。中心的教学资源通过虚拟仿真实验教学中心网站(http://fdgcxnfz.sie.edu.cn),实行开放式的运行和管理,对校内所有专业开放,为校内涉及“发电过程专业提供虚拟仿真实践教学资源,可直接访问网站了解所需信息,通过微视频了解操作方法。

中心建设以来,与辽宁省其它高校实现发电过程虚拟仿真实践教学资源共享,进行了跨区域的合作与交流,近三年来,中心为沈阳航天航空大学、辽宁石油化工大学相关专业的学生提供培训2400人天,解决了省内一些高校面临的实践难题。

、进一步实现共享的计划与安排

1、整合与开发发电过程虚拟仿真相关的教学资源,将资源进一步信息化和网络化,完善现有的共享性教学资源,为发电企业提供深度的仿真培训,让企业共享虚拟仿真实践资源,并及时掌握企业发电技术的发展动态,将其转化为教学资源,用于支持虚拟仿真教学。

2、进一步完善核电仿真系统,使得核电仿真系统既能用于学生实践教学,也可用于核电公司运行人员的培训。

3、建立风能、太阳能发电仿真机组软件,为辽宁高校的新能源专业的实践教学提供共享资源,同时用于辽宁省内相关发电企业的仿真培训,提高运行人员的操作水平。

4、借鉴慕课(MOOC)形式,建设面向互联网+的虚拟仿真实践资源,实现远程登陆、自主实验、在线答疑和成绩评定,为学生和现场运行人员提供良好的网上学习环境。

5、发挥学生的主动性,吸纳学生参与科研项目,利用仿真实践教学资源开展各类创新实践活动,将先进的科研理念反映到实践教学活动中,推动学生创新能力的培养。

 

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