1、水力學與工程流體力學實驗CAI簡介第二版浙江大學力學實驗教學中心CAI是“計算機輔助教育”的代稱。它是我國正在興起的面向21世紀教改熱潮中的一波來自于國際潮流的狂瀾涌浪。它作為一種現代教育技術，既是計算機應用的一個領域，同時它又代表了一種新的教育思想和教育模式。本系列CAI教學軟件第一版是在毛根海教授主持下，經浙大水利實驗室和浙大CAI研究中心協同發展而成，是國內用于水力學與工程流體力學實驗教學的首套較完善的CAI軟件。該軟件曾于1997年獲國家教委工科組CAI一等獎。1998年底，在毛根海教授主持下，經浙大水利實驗室自行開發、研究，現已成功地將該版軟件升級為多媒體版（第二版）。目前，該版軟件

2、是國內水力學與工程流體力學實驗教學的高版本軟件。它能幫助貴校在面向21世紀的教改中領先一步。本系列CAI軟件分上、下冊兩大部分。上冊是以管流為主體的工程流體力學基礎實驗，共9項；下冊是明渠水力學實驗，共6項。一、 該系列CAI軟件的共同性能指標1、教學輔助功能齊全。每項實驗CAI均包含儀器仿真，動態操作界面、實驗原理、數據采集、成果分析、操作指南和問題解答。可供學生在計算機上進行各項實驗的過程操作、數據采集和成果分析，還設有實驗提示、錯誤糾正等功能，以輔導學生按正確途徑深入有序地進行實驗。所附的實驗原理和問題解答除用文本形式外，均以多媒體動畫和錄像的形式給出，形象生動、簡單易懂，可供學生實驗預

3、習與答疑，幫助學生成功地完成實驗。2、 仿真可靠。計算機的實驗模擬設備選自本室研制的專利儀器。內容豐富、功能齊全，界面動態效果真實可信。實驗數值仿真可靠，操作過程符合實際。3、 環境條件。該系列軟件宜在586機型、16M內存以上的多媒體計算機上運行，操作系統宜選用Windows95及其以上的版本。4、 可靠性。以Hypertext結構作為各學習單位的鏈接結構，選用“按鈕”、“控制”的形式作為控制鏈的出入口。以“按鍵”與“對話框”方式實現界面的控制與信息傳輸。5、 容錯性。人機交互時的誤操作或非界定操作，均有明確錯誤指示，不會出現死機現象。6、 界面友好操作方便。有操作幫助與中文指示，其測量數據

4、尊重操作員意愿可取可舍，功能鍵定義符合大眾習慣，操作鍵定義明確專一。7、 科學性。實驗目的明確，符合科學要求。屏幕設計清晰高雅，色調搭配適中。窗口圖標符合規范，操作簡便易學。二、 各項實驗CAI的其他功能與特點。上冊（一） 水靜力學實驗CAI功能1、 可進行用測壓管測量流體靜壓強的仿真實驗；2、 可進行利用點壓強測量技能測量油容重的實驗；3、 可仿真不可壓縮流體靜力學基本方程的實驗；4、 可供分析馬利奧特容器的變液位下恒定流實驗及其他十余項定性、定量實驗。特點1、 打氣加壓與放氣減壓的界面形象逼真；2、 測壓管、連通管、真空負壓管的測管液位實施動態顯示，仿真效果與原型吻合無異；3、 實驗分析以

5、表格形式顯示，完全符合實驗報告要求。（二） 伯努利方程實驗CAI功能1、 用于分析管流總水頭與測壓管水頭的沿程變化規律及位能、壓能、動能、能量損失之間轉換關系的實驗仿真；2、 可仿真流體恒定總流的能量方程實驗；5、 可供分析均勻流與急變流在過水斷面上動水壓強的分布規律及其它十余項定性、定量實驗。特點1、 實驗管道由三種不同管徑組成，管道直徑可由實驗者自行設置，可供學生獨立構思實驗方案；2、 流量測量采用時間體積法，過程顯示具有多媒體動態效果；3、 動態實時顯示測壓管水頭和總水頭的變化規律；4、 成果分析采用表格和圖形共存的顯示形式，直觀清晰。（三） 動量定律實驗CAI功能1、 用于測定射流對平

6、板的沖擊力，驗證恒定總流動量定律的實驗仿真；2、 用于測定動量修正系數的實驗仿真。特點1、 采用特殊的動量力測量裝置，巧妙地把射流沖擊力轉變成靜水壓力，而利用測壓管進行測量；2、 具有局部放大仿真功能，以演示用自控反饋原理設計的自動平衡機構和用動摩擦減阻技術設計的減阻機構的實驗原理；3、 供水箱恒定水頭連續可調，能任意改變實驗流量；4、 流量測量采用時間體積法，過程顯示具有多媒體動態效果。（四） 畢托管測速實驗CAI 功能1、 用于畢托管測量點流速的實驗仿真；2、 可進行利用點流速測量技能測量明渠流量的實驗；3、 可供測量管嘴淹沒射流點流速系數的實驗仿真。特點1、 具有畢托管測量圓柱形管嘴淹沒

7、射流中心點流速的獨立界面，其供水箱的恒定水頭無級可調，測點流速隨之可變；2、 具有明渠流中用畢托管測流量的獨立界面，畢托管可在過流斷面上任意移動定位；3、 畢托管的排氣過程形象逼真，符合實驗要求；4、 測壓管與電測儀兼備，測量值可仿真動態實時顯示。（五） 雷諾實驗CAI功能用于測定臨界雷諾數，再現雷諾數實驗全過程的仿真實驗。特點1、 流量變化可由閥門仿真控制，流量測量采用時間體積法，過程演示具有多媒體動態效果；2、 流動形態可由放大窗口動態仿真顯示；3、 下臨界雷諾數實驗結果穩定可靠，而上臨界雷諾數具有隨機性的實際仿真效果；4、 成果分析用表格顯示，符合實驗報告要求。（六） 文透利實驗CAI功

8、能1、 可供使用文透利管測量管道流量和采用氣水多管壓差計測量壓差的實驗仿真；2、 可供率定流量計流量系數m的仿真實驗，并可供分析m與雷諾數Re的相關性；3、 可用模擬實驗分析文氏流量計的局部真空度，并顯示文氏管的空化現象。特點1、 配有氣水多管差壓計與電測儀，可實時動態仿真顯示壓差值；2、 文透利管管徑與水溫可任意設置，流量可由閥門任意調節，實驗雷諾數的范圍可達106以上。3、 當文透利喉徑外出現空化時，即有仿真放大的動態空化圖窗自動彈出；4、 成果分析有表格和圖形兩種形式，可任意選擇。（七） 局部水頭損失實驗CAI功能1、 用于訓練二點法、三點法、四點法測量局部水頭損失與局部阻力系數技能的仿

9、真實驗；2、 可供驗證圓管突擴局部阻力系數包達公式和突縮局部阻力系數經驗公式的模擬實驗；3、 可供局部水頭損失的機理分析和突擴與突縮局部水頭損失大小關系的比較實驗等多項定性與定量實驗。特點1、 實驗管道由三種不同管徑的直管組成，各管徑可任意設置；2、 在實驗管段上的測壓點，突擴段按三點法布置，突縮段按四點法布置，二點法用于測量閥門阻力，有獨立界面，實驗中閥體可與對應的直管段互相替換，過程具有多媒體動態效果；3、 設有流量測讀誤差仿真功能，當測量時間過短時，產生隨機誤差的概率會增高；4、 成果分析有圖形和表格兩種形式，可任意選擇。（八）沿程阻力實驗CAI功能1、 用以訓練測量管流沿程阻力系數的實

10、驗仿真；2、 仿真實驗可供分析圓管層流和紊流的沿程損失與平均流速定量關系；3、 可供測定不同直徑、不同當量粗糙度實驗管道的沿程阻力系數。特點1、 管徑、水溫、當量粗糙度任由實驗者設置；2、 用電測儀動態仿真顯示二測點間的壓差值；3、 實驗雷諾數范圍可達層流區、過渡區、光滑區、阻力平方區；4、 流量控制與測量具有多媒體效果。（九） 孔口與管嘴實驗CAI功能1、 用以訓練測量孔口與管嘴的流速系數、流量系數、側收縮系數、局部阻力系數技能的仿真實驗；2、 仿真實驗可供管嘴的進口形狀（直角與喇叭）及管嘴類型（直管與錐管）對過流能力的影響；3、 可供分析孔口與管嘴出流各水力要素間相關關系的實驗及其他十余項

11、定性、定量實驗。特點1、 設有薄壁孔口、直角進口圓柱形管嘴、喇叭進口圓柱形管嘴、圓錐形管嘴4種出流裝置，可由實驗者任意選擇；2、 出流直徑、出流位置、圓錐管的錐角均可任意設置；3、 薄壁孔口仿照原型用游標卡尺測量孔口的側收縮系數，過程由仿真放大圖窗顯示，具有多媒體動態效果。下冊：（十） 水面曲線實驗CAI功能1、 演示平坡、倒坡、臨界坡、陡坡、緩坡的水流銜接現象的實驗仿真；2、 演示棱柱體渠道十二種水面曲線的實驗仿真。特點1、 斜面槽的坡度調節，閘板開啟均具有多媒體動態效果；2、 水面曲線、水躍形態、水躍發生的位置等均由系列數學模型準確給定，動態效果十分逼真；3、 臨界底坡由實測流量確定；操作

12、過程模擬實際實驗，生動形象。（十一） 堰流實驗CAI功能1、 用以對不同d/H的有坎、無坎寬頂堰或實用堰的水流現象，以及下游水位變化對寬頂堰過流能力影響的實驗仿真；2、 模擬實驗可供訓練測量堰流流量系數m和淹沒系數ss的實驗技能，并可測定圓角與直角寬頂堰的m及ss值和WES與克奧型實用堰的m值。特點1、 應用多媒體技術對測針定位、堰型更換等界面的動態效果作了仿真設計；2、 水流形態的表面微波、流動顯示、過堰水面形態、水躍、渦旋都經系列數學模型嚴格控制，實時動態過程十分逼真；3、 單寬流量q，上游渠底高程、上游堰高、寬頂堰寬度、實用堰體型設計水頭均可任意設定，不同參數的實驗方案有無限多種組合，可

13、供學生任意構思實驗方案；4、 實驗成果由表格顯示，成果精度隨模擬實驗時的測量準確度而定。（十二） 水躍實驗CAI功能1、 用以檢驗平坡矩形明槽自由水躍共軛水深理論關系的合理性，并測定躍長、檢驗躍長經驗公式可靠性的仿真實驗；2、 通過仿真實驗的成果分析，了解水躍消能效果。特點1、 設有閘下出流水躍實驗的多媒體流動界面；2、 單寬流量可任意設置，閘門開度、尾水位可動態調節。水位由測針測量，測針可由鼠標拖動任意定位。測針微調時，能自動彈出放大動態圖窗。附有標尺指針測量水躍長度，閘板開度、標尺指針、尾水位可由按鈕分別控制；3、 閘下出流的臨界水躍、遠驅水躍、淹沒水躍都由數學模型嚴格給定，動態反映實時仿

14、真。（十三） 消能池實驗CAI功能1、 用以掌握消能池模型實驗技能的仿真；2、 動態界面可供觀察壩下游設置消能工前后的水流銜接形式，并可供檢驗設置消能池必要性的仿真實驗；3、 可用于檢驗消能池設計方法可靠性的仿真實驗；4、 仿真實驗可觀察任意設定的消能池形態和不同過流量下過消能池的水流狀況。特點1、 設有未設消能池、設置消能池和下游渠底為池底高程時的三種多媒體實驗界面，并附有按鈕可任意切換；2、 池深設計流量、池長設計流量、WES堰的體型設計水頭、上游堰高、下游堰底高程、實際單寬流量與下游水深均可單獨任意設置，不同參數的實驗方案有無限多種組合。可供學生任意構思實驗方案；3、 消能池前后的水躍形

15、態及過堰水流形態（包括過低水位下池后的波狀水躍等）均由系列數學模型準確給定，能隨實驗條件改變而實時仿真演示。（十四） 消能坎（墻）實驗CAI功能1、 用以掌握消能坎模型實驗技能的仿真；2、 動態界面可供觀察壩下游設置消能工前后的水流銜接形式，并可供檢驗設置消能坎必要性的仿真實驗；3、 可用于檢驗消能坎設計方法可靠性的仿真實驗；4、 仿真實驗可觀察任意設定的消能坎形態和不同過流量下，過消能坎的水流狀況。特點1、 設有未設消能坎和設置消能坎的多媒體界面實驗模型，界面切換可由按鈕控制；2、 池深設計流量、池長設計流量、WES堰的體型設計水頭、上游堰高、下游渠底高程、過坎單寬流量、尾水位均可單獨任意設置，不同參數的實驗方案有無限多種組合，可供學生任意構思實驗方案；3、 消能坎前后的水躍形態、過堰水流形態（包括坎后自由水躍、臨界水躍、淹沒水躍與波狀水躍等）均由系列數學模型給出仿真圖像，并隨實驗條件改變而實時仿真演示。（十五）