环境工程的仿真实验与工程实训项目.doc

环境科学与工程仿真实验与工程实训蔡建安 主编安徽工业大学2011年合订本总目录前言实训项目及菜单组合光盘目录和内容指导书正文篇 章 名 称编著者HKG1流体力学与水泵蔡建安，郭丽娜，周扬屏，钟梅英HKG2通风与大气污染控制工程蔡建安，林晓飞HKG3污水厂工程实训蔡建安，周扬屏，汪明明HKG4噪声环境蔡建安HKG5固体废弃物处理与处置蔡建安，盛广宏以下两篇从略，可参阅电子版ESIA环境规划、管理和影响评价蔡建安，郭丽娜，沈翼军WEE35水环境工程蔡建安，钟梅英，戴波前言环境科学与工程具有特殊的学科特点：涵盖知识面宽，知识跨度大，理论与实践的关系密切，特征鲜明。实践教学通常分为实验、实习和设计三类，实验、实习是学生认识实际、建立概念、掌握理论的主要途径，是学生在设计中准确计算、清晰设计的重要基础。现代计算机技术为环境科学与工程理论与实践结合提供了多元化的教学手段。在理论课、实验课、设计、实习等教学环节，虚拟现实教学能够贯穿在教学全过程。针对环境的学科多元化，虚拟现实教学也呈现多元化特点。虚拟现实教学的多元化是指：(1)表现形式有虚拟仪器、虚拟设备、虚拟现实场景等；(2) 教学环节有理论课、实验课、设计和实习；(3)互动和参与模式有理论认知、模拟操作、自主设计等；(4) 复合型能力结构培养有缜密推理和形象表达能力的结合，环境工程工艺和信息控制知识相融合。课程实验大多是对原理的验证实验，通过系统开发的仿真实验即可方便直观地完成任务，并组织出一些综合性实验。在单独设置的实验课程中，用仿真实验方法不但能较系统地开出实验，还可以通过下达任务书，由学生完成一些设计性实验。课程设计中，学生除了按照原要求完成设计外，可以超越一些简化计算进行的假设，面向真实工况的场景进行推演。毕业设计和论文的功能有些与完成课程设计相似，但有更多的机会通过对机理的深入研究，建立模型，开发新的实用可视化设计系统。虽然对于环境科学与工程的教学过程，实践环节具有十分重要的基础地位，然而我国高校的实践教学由于三方面原因，受到不同程度的影响：1、招生规模扩大后，设备台套数普遍不足；2、现代新知识，新课程涌入，基础能力训练加强，课程教学学时紧张；3、试剂和材料消耗大，实验经费不足。环境污染控制仿真实验和工程实训是在计算机仿真软件提供的虚拟现实中，以直观、方便的操作方式控制操作画面所进行的过程模拟。仿真实验除了能作为学校解决实践环节的重要手段，以学生独立操作的方式，展现环境工程的基础实验外；还能够深层次地揭示环境工程系统随时间动态变化的规律，进行全工况操作和学习。仿真实训软件数学模型的来源有三个方面：1）环境科学与工程中成熟的经典模型；2）根据工程实践运行结果总结的统计模型；3）调用开发团队的系统实验，重现实验结果。环境工程的工艺设计是对学生综合能力的训练，是多元化实践教学的重要组成环节，整个工艺流程由一系列单元组成，每个单元有：输入、输出、设计控制和工艺状态四个参数数组，单元操作构成工艺系统，前后呼应相互影响。每个单元的参数数组都能够设计控制，工艺系统的综合效果便可展示出来。由于篇幅限制环境科学与工程仿真实验与工程实训讲义合订本仅包括HKG1HKG5五个板块。ESIA内容多、篇幅大，建议随环境评价课程和课程设计组织专题学习，WEE35说明书已随教材出版。对于为期一周的集中仿真实训，学时分配参考按排如下：第一天HKG1，8学时；第二天HKG2，8学时；第三天HKG3 和WEE35，各4学时；第四天HKG5，8学时；第五天要求连接互联网，HKG4和了解ESIA，8学时。课程外部分工作包括预习和完成实验和实训报告。环境科学与工程仿真实验与工程实训应用软件（HKG）使用美国NI公司的LabVIEW为开发平台，编译生成应用软件，能够以“Setup”方式实施系列文件的整体安装。该软件将直接安装在Windows操作系统下，不需要其他软件环境支持。本应用软件的开发，历时十余年，除了分别编写各个独立板块说明书的编著者外，在此还要感谢参与调研和实验并总结数学模型的同仁、研究生、本科生们。编著者 于安徽工业大学实训项目及菜单组合HKG“环境科学与工程仿真实验与实训” 应用软件，共包含88个实验和实训项目，分别隶属于七个可独立安装的课程板块，每个课程板块的说明书见正文部分。除了分别安装的课程板块外，在汇总程序HKGt中，使用八个下拉菜单进行系列分类，能够进行分类菜单的统一索引，如表一所示。表一 HKG应用软件分类菜单的实验和实训项目板块ESIAESIAWEE35序号污染源管理与应急预案环境虚拟现实水环境工程1设置背景图太阳高度方位过滤与反冲洗2污染源定位与属性气象与稳定度自由沉降3污染源管理(gis)大气扩散系数絮凝沉降4污染源管理(XY)烟气抬升拥挤沉降5河流二维带初值地面最大浓度充氧实验6河流一维瞬时源大气点源高斯吸附实验7河流一维延续源大气点源小风气浮实验8大气突发高斯式大气线源小风酸碱中和实验9大气突发多烟团大气面源小风底物的交互作用10大气突发单烟团大气点源熏烟完全混合反应器11危险重气泄露大气多源解析推流反应器12水处理集成求解河流零和一维稳态源短板效应实验13经济分析单价矩阵河流BOD-DO耦合控制系统自学习14水平衡系统图解合计141313续表一板块HKG1HKG2HKG3序号流体力学与水泵大气与通风工程污水厂工程实训1离心泵特性曲线离心风机性能实验活性污泥法工艺2水泵调速和换轮流速分布与毕托管测速SBR工艺流程3二定二调泵站调度通风系统节流元件阻力氧化沟工艺流程4多泵多塔多节点1通风系统能量方程化工污水脱氮(A2O2)5多泵多塔多节点2文丘里除尘器6流体静力学实验水膜除尘7雷诺实验旋风除尘8毕托管测速布袋除尘9局部与沿程阻力二氧化硫吸收10流量校正实验11能量方程实验12明渠流实验13孔口与管嘴实验14文丘里实验合计1494 续表一板块HKG4HKG5序号噪声环境固体废弃物处理1驻波管测定吸声颗粒筛分与级配2声源监测与频谱污泥比阻测定3组合墙隔声实验固废渗滤淋溶4噪声参数计算破碎设备原理和选型5噪声网格与绘图固体废弃物水平风选6噪声点阵纪录堆肥混配与厌氧产气7绘点阵的等值线图堆肥好氧发酵8噪声源解析垃圾焚烧(炉排+熔融)9高架路声障(回转窑直接熔融)10(流化床+旋风熔融)11氧弹卡计测定燃烧热12高温热失重(TG法)合计912光盘目录和内容HKG 环境科学与工程仿真实验与实训软件安装盘如图1所示。安装盘包括七个能够独立安装的课程板块和汇总程序HKGt。HKGt包含七个课程板块的全部内容，通过一次操作完成安装,并进行统一索引，如图2所示。HKGt由于涉及子程序多,占用内存资源大,影响计算机的运行速度,建议仅在较高配置的计算机上才进行使用。图1 环境科学与工程仿真实验与实训系列软件安装盘光盘内容和目录如下 HKG1 HKG2 HKG3 HKG4 HKG5 WEE35 ESIA526流体力学与水泵实验通风与大气污染控制工程实验水处理厂工程设计与实训,安装目录为D:ESIA环境噪声控制工程,安装目录为D:ESIA固体废弃物处理实验与工程实训WEEfz_3.5水环境工程实验ESIA环境管理与评价需要指定安装目录为D:ESIAHKGt一个完整的环境科学与工程仿真实验与实训系列软件,通过一次操作能够完成所有板块的安装,并进行统一索引. 需要指定安装目录为D:ESIA(只需将默认的C: ESIA改为D: ESIA ) 软件使用说明书：在软件使用说明书目录下包括：“ESIA526、 WEE35、HKG1、HKG2、HKG3、HKG4、HKG5”7个应用板块的pdf格式文件，帮助文件（CHM）可以在程序运行时，通过运行菜单调看，或程序停止运行后在“帮助”下调看。 演示报告和视频： 2008年 “第三届全国大学环境类课程论坛”所作题为多元化虚拟现实教学体系的构建与实施大会报告的录像资料；