РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА

ТЕПЛОПЕРЕНОСА В ОДНОРОДНОМ МЕТАЛЛИЧЕСКОМ СТЕРЖНЕ

Калинчук Н.К., Апсадыкова К.А.

Таразский государственный университет им. М.Х. Дулати, Казахстан

Виртуальные лабораторные работы приобретают всё большее распространение как средство организации учебной деятельности обучающихся, направленное на формирование и совершенствование профессиональных навыков и развитие творческих возможностей.

Виртуальная лабораторная работа является информационной системой, моделирующей реальный технический объект или технологический процесс для изучения свойств объекта, используя средства компьютерной визуализации. Компьютерная визуализация – это одно из главных условий, которое должно учитываться при разработке виртуальных работ [1, 2].

Процессы тепломассопереноса играют значительную роль в природе и в технике. В неравномерно нагретых телах вследствие явления теплопереноса возникают тепловые потоки, направленные из области высоких значений температуры в область низких значений.

В данной работе рассматривается организация разработки виртуального эксперимента по изучению распределения температуры линейного однородного стержня, нагреваемого с одного конца.

Из теории теплопереноса [3] известно, что уравнение теплопроводности при учёте отвода тепла с боковой поверхности стержня имеет вид:

=

где = - коэффициент температуропроводности; �� – коэффициент теплопроводности, с – удельная теплоёмкость, р – плотность вещества; b – коэффициент теплоотдачи с боковой поверхности стержня.

Технология разработки виртуальной лабораторной работы «Нагревание стержня» содержит следующие этапы:

1. Постановка задачи.

2. Разработка сценария, реализующего процесс выполнения лабораторной работы.

3. Разработка теоретического описания явления.

4. Разработка заданий для выполнения лабораторной работы.

5. Разработка моделей и алгоритмов, характеризующих исследуемое явление.

6. Программирование разработанного алгоритма

7. Отладка программы.

8. Разработка, графических иллюстрационных материалов.

9. Разработка дизайна лабораторной работы.

Для разработки виртуальной лабораторной работы был выбрана среда программирования Delphi. Кроме того, в процессе создания виртуального эксперимента использовалось программное обеспечение: MS Word, MathType, Adobe Photoshop, библиотека трехмерной графики OPENGL. Пользовательская среда программы имитирует реальный процесс распределения нагрева стержня по его длине. Интерфейс программы представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Главное окно лабораторной работы «Нагревание стержня»

В левой части окна расположена панель «Практика», в которую заносятся исходные данные: длина стержня, время нагрева металлического стержня, коэффициенты температуропроводности и теплоотдачи, а также устанавливаются шаги по длине стержня и по времени нагрева. Установка температуры нагрева конца стержня осуществляется с помощью ползунка регулировки температуры.

Панель «Практика» можно также вызвать через меню верхней части главного окна, в котором находятся ещё три выпадающих меню: Теория, Расчётные данные, Программа (Рис. 2).

Рисунок 2 – Вкладки главного окна

После ввода исходных данных и установки температуры нагрева конца металлического стержня необходимо запустить программу, нажав кнопку Расчёт для графической иллюстрации процесса нагрева стержня в разных плоскостях его сечения.

Разработанная программа позволяет получить экспериментальные данные, не используя натуральный опыт.

Литература:

1. Князева Г.В. Виртуальная реальность и профессиональные технологии визуализации // Вестник Волжского университета им. В. Н. Татищева. 2010. № 15.

2. Полат Е.С. Новые педагогические и информационные технологии в системе образования. – М., 2002.

3. Артамонов М.Ф., Глазунов О.О., Красов В.И., Кринберг И.А., Паперный Л., Чумак В.В. Компьютерные технологии в физике. Часть 2. Эксперимент с компьютерной поддержкой: Учебное пособие / Иркутский государственный университет. Иркутск