水力过渡过程及水锤防护课程教学改革探索

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1、水力过渡过程及水锤防护课程教学改革探索　　摘要：随着教学条件、科研水平的提高以及商业软件的发展，传统的水锤防护教学不能满足现代水力过渡过程及水锤防护课程教学的要求。引入双语教学，利用商业通用软件与自主研发相关水锤软件相结合，并通过实验验证水锤计算等诸多方面进行教学改革探索。通过几年的教学改革实践，我们发现表明这种改革不仅使学生及时了解和掌握该领域的研究和发展动态和最新研究成果，还可提高学生的相关专业知识水平和专业英语的素养、激发学生学习兴趣和开阔学生的视野，能够使学生在掌握基本理论的同时提高其解决问题的能力，满足社会的需求。　　关键词：水力过渡过程；水锤防护；双语教

2、学；商业通用软件7　　管道系统的瞬变流，由于系统元件的突然改变，如闸或阀的误操作、泵机组意外断电、进出水池水位的大突变等意外事件以及水泵机组的非正常启停等[1]，都会导致管道系统的流动参数如压力发生急剧变化。瞬变流也被称为水击或水锤，水锤不但损坏管道系统里的水力元件，严重时会造成管道破裂或变形[2]，而且当瞬变压力过高时使管道发生破裂，瞬变压力过低时使管道压瘪。当管道内流体压力降低到饱和压力以下时，管道内流体所溶解的空气或其他气体就会析出，在流体内部形成大量气泡。当管道内流体压力降低到液体蒸汽压力时，液体发生汽化，在流体内部形成蒸汽穴。水锤给管道系统的安全运行带来隐

3、患，有时会造成较大的事故，给工业生产带来巨大的经济损失。例如我国西柏坡电厂的补给水系统，本身管路很长又加之水锤防护措施设计不合理，致使一年时间内发生十几次水锤事故，造成管道破坏，给电厂的安全生产运行带来了严重的威胁；我国阳逻电厂循环水系统，由于水锤事故造成冷凝器、阀门等水力元件破坏，甚至泵房被淹没等重大事故。因此，正确认识水锤的流动机理，培养出具有专业知识的符合时代发展的人才是十分有必要的。　　武汉大学动力与机械学院的水力机械过渡过程实验室作为教育部重点实验室，多年来在水力过渡过程及水锤防护课程教学中不断探索和改进，培育了一大批相关领域的新型人才，并在行业内做出了突

4、出的贡献。　　1传统教学模式　　传统水锤防护教学中以《停泵水锤及防护》教材为主，书中介绍了水锤产生的机理及相关的停泵防护措施，并且夹杂了很多工程实例，对这些工程实例书中还介绍了相关的电算法，对于停泵水锤的研究及防护方面的新技术，该书也做出了详细的介绍。　　传统教学的理论相当经典，但是在教学中遇到不少问题，学生在学习过程中理论知识比较多，水锤现象不够直接，学生更多的是靠想象理解，即便是经验丰富的老师配以相关的插图，学生依然不能提起学习兴趣，这种与工程实际脱节的教学方式效果不是很好，在经过大量的教学实践，课题组的老师提出了符合时代发展的教学改革。　　2.教学改革举措　　

5、2.1双语教学7　　在经济全球化和文化国际化背景下，每个国家都应加强除本国语以外的其他国家语言的学习[3]，作为一种培养国际化人才的有效手段，双语教学势在必行。本课题组也实行了双语教学，《FLUIDTRANSIENTS》就是水锤防护引进的外语语教材，作者[美]E.B.怀利，本书主要讨论瞬变流的发生、发展的机理以及如何减少和防止由于瞬变流动造成的不利影响。《停泵水锤及防护》依然作为本课题组教学的中文教材。　　双语教学的采用，开阔了学生的视野，同时为学生提供了新的学习平台，学生在学习的过程中提高了专业词汇，为继续教育做了良好的铺垫，同时老师也能够对比传统教学及双语教学，

6、提高教学质量。但是，对于FORTRAN来讲，专业性依然比较强，且学习起来需要过程，对于一个简单的算例也需要一定的时间来消化，对于复杂的工程需要的时间更久，随着商业软件的发展，我们在水锤防护的教学中也引进了商业软件，这样使得教学的效率发生了质的变化。　　2.2水锤防护的商业软件　　在工程实践中对于水锤防护的预防计算，往往是工作量大、时间短且工程参数的变化不确定，像传统教学中一样通过编程来计算，这样耗费的资源比较多而且效率还不高，针对于这种情况，很多用于水锤防护计算的商用软件就出现了，例如Pipenet，Flowmaster，BentleyHAMMER，AFTImpul

7、se以及最新推出的三维计算软件XFlow，这些商用软件的推出很大程度上提高了工程计算，当然对于教学效率的提高也是不言而喻的。　　2.2.1Pipenet7　　Pipenet软件分为三大模块，它们可以独立运行，三大模块指标准模块、消防模块以及瞬态模块。目前本课题组及部分设计院均采用瞬态模块进行水锤防护计算，在工程实际中占有一定比例。瞬态模块不仅可以用来计算水锤、气锤、阀门及泵的启停，还能够模拟调压井、箱体、安全阀等的动作，并且可以对其经行选型。在进行数值模拟之后，用户可以轻松调取数值计算报告、动态力的计算结果等。软件还提供了相应的压力、流量、转速等基本参量的波形图