可视化管内风速风量测量实验装置的研制与开发

赵美 臧建彬 蔡炜 王晓东 曹昌盛 李翠

摘要：管内风速风量是通风空调系统中非常重要的参数之一。通过教学改革项目的建设，建立亚克力板可视化实验平台，实验中学生可以直观看到各种测试仪器的工作过程，有助于加深学生的理解并激发学生的实验积极性。采用创新的实验教学模式进行教学，有助于促进对实验教学内涵的再认识和深化，切实提高创新人才培养质量。

关键词：风速风量测量；实验教学改革；可视化实验平台

中图分类号：G642.423 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）01-0268-02

管内风速风量是通风空调系统中非常重要的参数之一，因此要求学生必须熟练掌握管内风速风量的测量方法。同时管内风速风量测量实验是深化《建筑环境测试技术》课程理论知识教学和培养学生实际动手能力的重要实验项目。通过本实验教学改革项目的建设，设计先进的实验教学系统，建设一个可视化的实验平台，改革实验教学模式，激发学生的实验积极性，锻炼学生的动手能力，培养学生创新意识。

一、实验方案确定

本管内风速风量的测量实验主要用于教学，因此在实验台搭建过程中要注重考虑实验基本方法和原理的展示[1]。学生可以通过实验了解并掌握各种测量风量的基本原理和各种测试方法和手段。因此本实验台在方案设计是主要采用压差式的流量测量方法，应用流体力学原理设置了以下测试方法。

（一）毕托管测试法

可见，只要测出总压和静压，或者总压和静压的压力差，便可求出流速。如果被测流体及其截面是确定的，就可以得到测量流体的体积流量或质量流量。

（二）非标准型测压管测试法

非标准型测压管主要有：梳形测压管、笛形测压管和整流形测压管。他们的全压测管布置均是在毕托管法确定的测点上。梳形管在全压测量同一断面的管壁上打静压测孔并将各静压测孔连通在一起接微压计另一端，用其压差值作为平均动压。笛形管的静压测量可以如同梳形管测压一样，在风管的管壁上打静压孔测量；但也可以选取与全压测管同直径，或者直径小一点的铜管背向全压孔打孔1—3个，与全压管并在一起安装，用其压差代表风管断面上的平均动压。整流形测压管则是在全压测管头部附加一段薄壁整流管，全压测管正对其中心，使得偏斜气流通过这样一段小管时，起到一个整流作用，而静压测量则是在整流管的全压测量断面的管壁引出静压管并汇集到一根总管接微压计。

（三）节流流量测量法

（四）双纽线集流器测量法

双纽线集流器喇叭口的收缩部按照双纽线制作，这种集流器比较符合管道吸入口气流流线形状（即在入口处没有涡流）。当制作比较精致，内壁非常光滑即摩擦阻力忽略不计时，根据伯努利方程，集流器的静压的绝对值在数值上等于动压值。当然，实际上集流器的制作不可能完全符合双纽线，摩擦还是有的，因此阻力损失是存在的，实际使用时可与毕托管法进行对比，求出其校正系数：ξ=■ （式5）式中：Pdp—用毕托管法测量的平均动压值；Pj—集流器的静压值，用绝对值表示。

二、可视化实验平台搭建

现有的管内风速风量测试实验台相对简单，只安装了风速风量测量的个别测试仪器，而上述测试方案大部分尚未安装。而且风管采用镀锌钢管制成，学生只能依靠实验教师的描述理解各种测量风速风量仪器的工作原理和结构，实验教学效果欠佳。通过本项目的建设，采用亚克力材料制作成透明的风道，使得学生更形象直观地看到各种风速风量测量仪器的结构和工作时的状态，加深学生对理论知识的掌握，激发学生的实验积极性。

风管系统在结构上采用引风段结构，如图1所示。风机选用离心风机，带有风量调节阀门，以调节达到不同的风量工况。为了便于实验观测，风管的材料选用透明的有机玻璃管。测点的位置选择在气流平缓的地方，设置毕托管测孔的要求是在圆管上在相互垂直的位置上打两个风量测量孔。除了实验台上安装的测量装置，还需要配置一些辅助的测量仪器，主要有毕托管、微压计、压差传感器、热线风速仪和温度计。

三、实验教学模式创新改革

随着国家加强本科教学质量评估，各高校陆续开展教学改革，实验教学改革也日益得到重视。高校也逐步加大对实验室建设的投入，主要体现在更新陈旧的实验教学设备和改善实验教学环境[2]。本项目提出一种创新的实验教学模式，以提高实验教学效果，培养适应社会发展的创新型人才。

该实验借鉴“翻转课堂”的教学理念，改变过往以教师為绝对主体的教学方式，采用研究型实验教学。课前，学生通过观看教学视频、翻阅相关书籍进行学习，可以分组进行讨论，设计实验方案；课中，学生在实验教师的引导下进行实验，通过实际操作也解决学生课前学习中遇到的问题；课后，学生写实验报告，对实验过程进行分析总结。整个过程中，实验老师主要起到的是启发和引导的作用，更多的是学生自主的学习、实验，有利于培养学生的自主学习能力，以及发现问题和解决问题的能力、表达和归纳总结的能力。

该实验采用多样化、多媒体实验教学手段，通过实验课件、实验教学录像片等多种方式使得实验过程不再枯燥无味，进而激发学生的兴趣和求知欲，提高学生自主学习的主动性，加强学生对相关理论知识的理解和掌握。此外，利用学校网络平台，开发网络化的实验教学系统，通过整合相关的实验教学资料，方便学生随时随地开展学习。

四、结束语

通过对“管内风速风量的测量实验”进行可视化实验改造，让学生对于各种测试方法和仪器有了更为深刻的了解，通过实验教学的改革，建设良好的实验软硬环境、改革实验教学方法和考核方式，促进了对实验教学内涵的深化和再认识。注重激发学生的学习兴趣，培养学生合作能力、表达能力、创新能力和实践能力，切实提高创新型人才的培养质量。

参考文献：

[1]方武.风管流量测量实验的设计[J].安徽建筑工业学院学报（自然科学版），2008，16（6）：65-67.

[2]宋国利，盖功琪，苏东妹.开放式实验教学模式的研究与实践[J].实验室研究与探索，2010，29（2）：90-93+132.