PDF《仿真 App 为理工科课程》

23 图2. 光纤仿真 App 可以预测拉丝炉在不同配置下的流体特性. 左图: Ivana Milanovic 教授;

右图: 顺时针方向依次为: Tom Eppes 教授、 Mark Markiewicz 、 Stefan Keilich 和Karen Brzostowski . 我们很难对方程式进行可视化, 但App 可以将物理场绘制成三维视图. ― MARK MARKIEWICZ, 机械工程专业本科生 和分析能力会通过主要的考 试来进行评估.在此过程 中,学生们可以使用仿真 App 进行探究式学习. ? ? 学生们如何利用 App Milanovic 开设的大三课 程布置了一系列更加复杂 的、以仿真为基础的作业, 目的是督促学生深入学习诸 如变温流体一类的科目,同 时培养学生的建模能力和撰 写技术报告的能力.这两项 能力对于后续研究和未来就 业都是必不可少的.借助仿 真App,学生们可以在模型 中创建报告,用于描述及记 录模型中使用的边界条件和 设置,以及数据

图表、图形 和方程. 在早些时候,学生们曾 接触过一个用于分析过滤装 置中血样流动的仿真模型, 它能研究流体流动分布、电 势和粒子定位.现在,学生 可以分析不同电压和极性交 替对粒子带来的影响. 其他仿真作业包括对非 牛顿流体、旋转盘周围的涡 流、水净化反应器、轴颈轴 承和圆柱体绕流等问题的 分析. 在开始学习传热学课程 前,学生们已经掌握了基本 的仿真技巧. 我打算布置 更加复杂的仿真作业,其 中包括二维对流冷却、圆 柱体内的热传导和薄壳传导 等. Milanovic 表示. ? ? 让学生了解物理现象 背后的 为什么 除此之外, 学生必须将 包含指定输入和输出的仿真 模型封装为仿真 App. 创建仿 真App 后, Milanovic 会提出一 系列假设问题, 借此加深学生 对基本因果关系的理解. 学 生们会被要求准备一份书面 报告, 解释仿真结果在不同 情况下发生变化的原因. 作为独立研究计划的收 尾工作,学生们还需要准备 一份工作报告、回顾相关文 献、完成技术研究并记录研 究结果. Stefan Keilich 主修机械 工程,同时辅修电气工程. 他在毕业设计中创建了一个 风洞仿真模型,用于模拟汽 车周围的气流. 我对空气 速度、模型相对于地面的高 度、风洞尺寸、模型比例等 参数进行了设置.并最终得 到了非常好的气流尾迹模式 仿真结果. 他评论道. Keilich 表示, 仿真 App 的强大功能让人大开眼界, 即使不了解任何技术细节, 使用者也能直观地认识物理 系统.仿真 App 甚至给予 了他一个全新的职业规划. 仿真 App 增加了我对工 程的兴趣.一直以来我只 关注机器人和自动化,但现 在我对与流体和传热相关 的工作也产生了浓厚的兴 趣. Keilich 说道. 就读机械工程专业的学生 Mark Markiewicz 表示, COMSOL App 让他能够更加专注于课程作业.他补充道, 我们很难对方程进行可视化,但仿真 App 可以将物理场 绘制成三维视图. 有些仿真 App 更偏重于工业应用.例如,光纤拉丝是一 种精密、高灵敏度的工艺,操作人员需要精确控制拉丝炉内 的温度和位置,并充入惰性气体,以防止加热元件和衬套被 氧化.在针对该应用的仿真 App 中(图2),用户可以通过 修改拉丝炉内的几何尺寸(例如加热元件的直径)对氮气充 入速度和温度分布进行研究. Milanovic 表示,此类试点课程成效显著,无论是学生的 成绩、仿真作业的质量,还是对课程的评估,都表明将仿真 App 纳入课堂教学是极为正确的做法. 令人欣喜的是,学 生们告诉我,虽然仿真过程常常极具挑战,但是他们十分喜 欢使用仿真. ........