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  （1）实验原理

    本虚拟仿真实验针对供热系统二次管网水力平衡调节所需空间大，无法在实验室开展实验，而工程现场调节所需时间长、成本高，也无法满足所有学生的动手操作训练，利用3D交互性可视化建模和虚拟仿真技术，设计并开发了具有良好人机交互界面的供热系统二次管网水力平衡调节虚拟仿真实验。

      可开展供热系统二次管网工艺的三维展示、供热系统二次管网工艺的讲解、电磁流量计测试流量的操作、超声波流量计的正确安装、操作超声波流量计准确测试流量、压差法测试流量的原理、操作静态平衡阀正确测试流量、将自行设计的水力平衡调节方案在实际系统中进行验证等，系统自动进行评价评分，实现了交互式、沉浸式和探索型的实验教学，帮助学生深入理解和掌握供热系统二次管网水力平衡调节，确保达成课程目标和专业培养目标。

  知识点：共11个

  1）供热系统二次管网工艺的组成；

  2）板式换热器的工作原理；

  3）管网的工作特性；

  4）供热系统二次管网工艺的工作原理；

  5）电磁流量计的使用条件、安装要求以及操作方法；

  6）超声波流量计的使用条件、安装要求以及操作方法；

  7）利用静态平衡阀和差压法测试流量值；

  8）供热系统二次管网的最不利环路；

  9）水力失调度的计算；

  10）水力平衡的调节方法；

  11）静态平衡阀的工作原理和调节方法。

  （2）核心要素仿真设计

  1）实验场景的虚拟仿真：本实验以现实小区的二次供热系统为原型，利用3Dmax建模和AE创建动画的方式全景化完整的呈现了该小区的建筑分布、二次热网系统工艺的设备组成（包括换热站设备、热力入口设备以及用户末端设备等）以及管网拓扑结构，部分截图如图2所示。

  2）实验设备的虚拟仿真：虚拟设备及其使用均取材于实物，按照真实比例模拟制作。设备细节及操作步骤由设备专业厂家的工程师反复确认和修改，保证实验设备及使用步骤的科学和合理性。

  
  

  3）基于真实设计资料和虚仿实验中学生调试过程的测试数据的数值仿真：在二次管网水力平衡调节环节，基于现场二次管网的真实路由、管径和长度进行了二次管网系统的建模，部分模型如下：

  S_a = 8（λL_a/d_a + ∑ξ）/ gd_a⁴，a = 1，2，3，…，n

  λ = 0.11（K/d_n）^0.25

  S_b = 10×3600²/（K_v）²

  S_c = S₁ + S₂ +···+ S_n

  1/S_d^0.5 = 1/S₁^0.5 + 1/S₂^0.5 +···+ 1/S_n^0.5

  式中：

  S_a -每根计算管段的阻力数，S_b -静态平衡阀的阻力数；

  S_c -管段串联的阻力数，S_d -管段并联的阻力数；

  K_v -静态平衡阀的流量系数，m³/h；

  λ-摩擦阻力系数，L-计算管段的长度，m，d-计算管段的内径，mm；

  ξ-管段中总的局部阻力系数，g -重力加速度，K-管壁的当量绝对粗糙度，m。

  根据学生个性化调节方案和现场测试数据，进行二次管网水力平衡调节的数值仿真，真实再现调节过程的实际场景。