王 君，孫卓輝，王增麗

（中國石油大學(xué)（華東）新能源學(xué)院，山東青島 266580）

0 引言

流體機(jī)械課程如過程流體機(jī)械、泵與壓縮機(jī)、泵與風(fēng)機(jī)等，具有應(yīng)用性強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)、內(nèi)容覆蓋面寬等特點(diǎn)，是過程裝備與控制工程、油氣儲(chǔ)運(yùn)工程、熱能工程、石油工程等專業(yè)的核心專業(yè)課或?qū)I(yè)基礎(chǔ)課。在教學(xué)中需要培養(yǎng)學(xué)生掌握多種流體機(jī)械的結(jié)構(gòu)形式、工作原理、性能特點(diǎn)和工程應(yīng)用等方面的知識(shí)，從而使學(xué)生未來能夠從事各種類型流體機(jī)械的操作管理、使用選型、維修維護(hù)、設(shè)計(jì)改造和科研開發(fā)等工作。這就需要學(xué)生不但要掌握?qǐng)?jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，還要具有工程實(shí)踐意識(shí)、解決實(shí)際問題的能力和研究創(chuàng)新能力。因此流體機(jī)械課程中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)生培養(yǎng)中具有重要的作用。

由于流體機(jī)械具有運(yùn)動(dòng)部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作過程難以理解和運(yùn)行環(huán)境高危等特點(diǎn)，在傳統(tǒng)利用流體機(jī)械真機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在一定的問題。以雙螺桿壓縮機(jī)為例，在運(yùn)行中具有“黑箱”的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)人員只能測(cè)量其進(jìn)排氣處的運(yùn)行參數(shù)，而無法觀察其內(nèi)部的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)，也無法測(cè)量其內(nèi)部流體的增壓過程。因此，學(xué)生對(duì)其內(nèi)部的齒間容積變化、壓縮氣體過程缺乏直觀感性認(rèn)識(shí)；導(dǎo)致學(xué)生難以理解其結(jié)構(gòu)和工作特性。此外，雙螺桿壓縮機(jī)的排氣溫度和排氣壓力通常較高，實(shí)驗(yàn)環(huán)境較危險(xiǎn)；實(shí)驗(yàn)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的噪聲較大，對(duì)指導(dǎo)教師和學(xué)生的聽力及身心都會(huì)有影響；有油潤滑的雙螺桿壓縮機(jī)還需要經(jīng)常更換潤滑油，運(yùn)行維護(hù)成本較高。因此雙螺桿壓縮機(jī)的真機(jī)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)較大，采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可有效解決以上問題。

虛擬仿真由于其使用成本低、仿真效果強(qiáng)、安全系數(shù)高及學(xué)習(xí)趣味濃等特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用［1-2］。在我國一批具有示范、引領(lǐng)作用的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心和實(shí)驗(yàn)室被建立起來［3-4］。董桂偉等［5］開發(fā)了一套跟蹤剪切機(jī)的虛擬仿真設(shè)計(jì)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有零部件的快速設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)環(huán)境直觀、自由度大的特點(diǎn)。朱新杰等［6］研究了在工業(yè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)課程中開展虛擬仿真和實(shí)踐操作結(jié)合教學(xué)的方法，又設(shè)計(jì)了一個(gè)基于工業(yè)機(jī)器人的物料搬運(yùn)實(shí)驗(yàn)。這種結(jié)合既充分發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，又能避免實(shí)驗(yàn)完全虛化而造成的與實(shí)際脫節(jié)，同時(shí)豐富了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高了實(shí)驗(yàn)效率。曾令艷等［7］針對(duì)燃燒學(xué)課程理論教學(xué)中存在概念難理解、現(xiàn)象直觀性差和缺少前沿科學(xué)等問題，開發(fā)了采用旋流、直流和W火焰煤粉燃燒技術(shù)的火電站鍋爐的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

于立娟等［8］基于虛擬仿真設(shè)計(jì)了直線電動(dòng)機(jī)的推力測(cè)試實(shí)驗(yàn)，通過參數(shù)設(shè)置、模擬實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)物演示等步驟，使學(xué)生了解直線電動(dòng)機(jī)的工作原理、動(dòng)作過程及推力特性。方貴盛等［9］針對(duì)泵站性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行主要零部件的測(cè)繪與三維建模，設(shè)計(jì)了人機(jī)交互界面、可視化數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)機(jī)制，以及PLC 虛擬仿真控制系統(tǒng)。基于所開發(fā)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，師生可開展多個(gè)泵站的性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)。李夢(mèng)如等［10］總結(jié)并歸納了實(shí)現(xiàn)漸開線齒輪范成原理虛擬實(shí)驗(yàn)的技術(shù)路線。閆莎莎等［11］論述了綜采工藝虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)操強(qiáng)化、實(shí)驗(yàn)考核的方法；對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程和實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果開展跟進(jìn)研究，并與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法進(jìn)行比較和教學(xué)效果評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：綜采工藝虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在場(chǎng)景展示、原理、綜采工藝實(shí)操和實(shí)驗(yàn)考核方面有很大優(yōu)勢(shì)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性和主動(dòng)性，有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。張穎等［12］以網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)平臺(tái)為基礎(chǔ)，綜合采用虛擬現(xiàn)實(shí)制作、Flash動(dòng)畫仿真制作和3D 動(dòng)畫制作相結(jié)合的方法，完成了“離心泵綜合性能測(cè)試”的設(shè)計(jì)。劉煥衛(wèi)等［13］設(shè)計(jì)了包括前端仿真教學(xué)系統(tǒng)和后臺(tái)管理系統(tǒng)兩部分的壓縮機(jī)拆裝虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)。虛擬與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合，解決了實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺(tái)套數(shù)不足的問題，實(shí)現(xiàn)全員參與和達(dá)成。辛?xí)詵|等［14］針對(duì)學(xué)生在工程流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)中存在的學(xué)生基數(shù)較大、實(shí)驗(yàn)任務(wù)量大、實(shí)驗(yàn)課程時(shí)間相對(duì)緊張及現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地不足等問題，研究利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)取代傳統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)，并介紹了虛擬仿真技術(shù)在流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。王江等［15］針對(duì)離心泵整體部件的虛擬仿真制作，實(shí)現(xiàn)了離心水泵的三維快速建模、導(dǎo)出二維圖紙和導(dǎo)出三維動(dòng)畫的制作過程。

針對(duì)雙螺桿壓縮機(jī)這一典型的流體機(jī)械，設(shè)計(jì)了一套基于其核心部件陰陽螺桿轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)的雙螺桿壓縮機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，包括4 部分內(nèi)容：①核心部件螺桿轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)與三維建模；②核心部件螺桿轉(zhuǎn)子的3D打??；③雙螺桿壓縮機(jī)整機(jī)的虛擬裝配與仿真；④雙螺桿壓縮機(jī)工作過程的仿真模擬。所提出的教學(xué)方法不僅有利于學(xué)生正確認(rèn)識(shí)和掌握雙螺桿壓縮機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理、實(shí)現(xiàn)組成零件從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)仿真和實(shí)物演示、實(shí)現(xiàn)氣體增壓過程從定性到定量的描述，更有利于培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐意識(shí)和創(chuàng)新能力。對(duì)于提高流體機(jī)械課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)具有重要的意義。

1 核心部件螺桿轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)與三維建模

螺桿轉(zhuǎn)子是雙螺桿壓縮機(jī)的核心部件，是由端面型線沿著螺旋線掃描而成。通過向?qū)W生提供10 種常見的螺桿轉(zhuǎn)子端面型線［16］（見圖1），學(xué)生可自行選擇，再輸入中心距、螺桿長度、扭轉(zhuǎn)角度等參數(shù)，構(gòu)建出陰陽螺桿的三維模型，完成螺桿轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)。由此學(xué)生能夠更為深入地理解螺桿轉(zhuǎn)子的幾何結(jié)構(gòu)、明白不同端面型線對(duì)其性能的影響。

圖1 螺桿轉(zhuǎn)子的10種常用端面型線

螺桿轉(zhuǎn)子端面型線不僅決定了雙螺桿壓縮機(jī)的工作腔的容積演變，還影響其吸氣、壓縮和排氣過程，是決定其性能的關(guān)鍵。在建立螺桿轉(zhuǎn)子三維模型前，要對(duì)螺桿轉(zhuǎn)子端面型線進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中原始對(duì)稱型線和雙邊對(duì)稱型線為第1 代型線，用于無油雙螺桿壓縮機(jī)；原始不對(duì)稱型線、單邊不對(duì)稱銷齒圓弧型線、Atlas-X型線、SRM-A型線為第2 代型線，其密封和潤滑效果好，螺桿轉(zhuǎn)子所受應(yīng)力小，常用于噴油式雙螺桿壓縮機(jī)；第3 代型線包括GHH 型線、SRM-D 型線、日立型線和復(fù)盛型線，由于第3 代型線使用了圓弧、曲線及其包絡(luò)線的設(shè)計(jì)，不僅增強(qiáng)了螺桿轉(zhuǎn)子的密封性，而且使?jié)櫥驮谵D(zhuǎn)子上易形成油膜；進(jìn)而使得螺桿轉(zhuǎn)子的性能得到極大提升。

譬如有的人一喝牛奶就腹瀉，有的人一喝豆?jié){就脹氣，也有的人吃了蜂蜜就滑腸……這說明即使是有營養(yǎng)的食品，各人也都有個(gè)體質(zhì)適應(yīng)的問題。這里的關(guān)鍵是適應(yīng)，凡事適應(yīng)就好。飲食上如此，作息也是這樣。

螺桿轉(zhuǎn)子的三維建模過程包括以下步驟：

（1）選擇端面型線。以SRM-D端面型線為例，生成二維圖，如圖2 所示。

圖2 選擇螺桿轉(zhuǎn)子的端面型線

（2）確定螺旋線。掃描生成相互嚙合的陰陽螺桿轉(zhuǎn)子。陰陽螺桿轉(zhuǎn)子是沿著左旋和右旋兩條螺旋線生成的。在平面視圖中繪制出一條長度確定的螺旋線，選擇“掃描”命令，將端面型線設(shè)置為輪廓，螺旋線設(shè)置為路徑，選擇“輪廓扭轉(zhuǎn)”，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求輸入相應(yīng)的螺桿轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)值。

（3）生成陰陽螺桿轉(zhuǎn)子。掃描后在材料設(shè)置中選擇相應(yīng)的材質(zhì)后，得到相互嚙合的陰陽螺桿轉(zhuǎn)子的三維模型，如圖3 所示。之后根據(jù)要求繪制轉(zhuǎn)子上的各個(gè)階梯軸，完成陰陽螺桿轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)和三維建模。

圖3 陰陽螺桿轉(zhuǎn)子

2 核心部件螺桿轉(zhuǎn)子的3D打印

將學(xué)生所設(shè)計(jì)的陰陽螺桿轉(zhuǎn)子進(jìn)行3D打印。通過嚙合演示，直接觀察陰陽螺桿轉(zhuǎn)子在回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)下的嚙合過程；同時(shí)觀察工作腔的周期性變化過程。雙螺桿壓縮機(jī)的陰陽螺桿轉(zhuǎn)子呈三維扭曲結(jié)構(gòu)，在吸氣、壓縮和排氣過程中，雙螺桿壓縮機(jī)的封閉工作容積變化復(fù)雜。因此，通過陰陽螺桿轉(zhuǎn)子和腔體之間的裝配實(shí)體可以更好地觀察工作腔容積的變化規(guī)律，方便學(xué)生對(duì)其工作過程的深入理解。此外，通過螺桿轉(zhuǎn)子的3D打印實(shí)體，可以更加清晰地觀測(cè)到吸、排氣口的開設(shè)位置，使學(xué)生能夠深入理解吸、排氣口的開設(shè)原則。

由于螺桿轉(zhuǎn)子的三維扭曲結(jié)構(gòu)，其加工困難，且加工費(fèi)用高。3D打印技術(shù)是利用光固化和紙層疊技術(shù)的一種快速成型方法。以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體。通過3D 打印可以快速打印形狀復(fù)雜的陰陽螺桿轉(zhuǎn)子，時(shí)間短、造價(jià)低。學(xué)生可以通過3D打印正確認(rèn)識(shí)雙螺桿壓縮機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、吸排氣口的開設(shè)位置及工作過程。

以所設(shè)計(jì)的陰陽螺桿轉(zhuǎn)子為例。先準(zhǔn)備好3D打印機(jī)，再將陰陽螺桿轉(zhuǎn)子的三維模型轉(zhuǎn)換成STL 文件，并在3D打印機(jī)相關(guān)軟件中打開三維模型（STL 文件），檢查并確定打印方向后開始分層，最后完成陰陽螺桿轉(zhuǎn)子的3D打印，如圖4 所示。

圖4 陰陽螺桿轉(zhuǎn)子的3D打印實(shí)物圖

3 雙螺桿壓縮機(jī)整機(jī)的虛擬裝配與仿真

3.1 雙螺桿壓縮機(jī)組成零件的爆炸圖

學(xué)生在三維軟件中將裝配好的雙螺桿壓縮機(jī)整機(jī)進(jìn)行拆解，制作爆炸視圖，可以完整反映整臺(tái)壓縮機(jī)的各個(gè)零件。在此過程中，學(xué)生可以觀察到壓縮機(jī)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、各個(gè)零件的安裝位置和裝配關(guān)系。對(duì)螺桿轉(zhuǎn)子建模完成后，打開提前預(yù)制的零件庫，開始進(jìn)行壓縮機(jī)的整機(jī)裝配。新建一個(gè)裝配體文件，插入機(jī)殼作為固定件。接著插入零部件，將剩余的零件導(dǎo)入到裝配體文件中，具體步驟如下：

（1）裝配陰陽螺桿轉(zhuǎn)子。①為陰陽螺桿轉(zhuǎn)子的端面添加共面配合。②為陰陽螺桿轉(zhuǎn)子添加齒輪配合關(guān)系，確定好正確的嚙合位置后，設(shè)置轉(zhuǎn)速比（如4∶6）。此時(shí)，陰陽螺桿轉(zhuǎn)子已經(jīng)可以進(jìn)行正確的嚙合運(yùn)動(dòng)。③將陰陽螺桿轉(zhuǎn)子與機(jī)殼添加共面、同軸等配合關(guān)系，使螺桿轉(zhuǎn)子能夠正確的裝配于機(jī)殼中。

（2）裝配軸承、油封等部件。將軸承、油封、密封圈等部件裝配于相應(yīng)位置。

（3）裝配端蓋、軸承蓋。先將共面等配合關(guān)系添加于機(jī)殼與端蓋、軸承蓋中，使它們正確地裝配于機(jī)殼內(nèi)。然后將螺栓、定位銷等連接件裝配于相應(yīng)位置。雙螺桿壓縮機(jī)裝配完成后如圖5 所示。

圖5 裝配完成的雙螺桿壓縮機(jī)剖面圖

打開裝配圖，選擇“爆炸視圖”選項(xiàng)，按照順序拆解壓縮機(jī)各零部件，拖動(dòng)到合適的位置，制作能清晰反映壓縮機(jī)各零部件裝配關(guān)系的爆炸圖，如圖6 所示。

圖6 雙螺桿壓縮機(jī)的爆炸圖

3.2 雙螺桿壓縮機(jī)機(jī)組系統(tǒng)的虛擬裝配

雙螺桿壓縮機(jī)機(jī)組系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、壓縮機(jī)主機(jī)、氣路系統(tǒng)、油路系統(tǒng)、流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、冷卻水、自動(dòng)調(diào)節(jié)和保護(hù)系統(tǒng)等組成。雙螺桿壓縮機(jī)主機(jī)的陽螺桿通過聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)直聯(lián)；被壓縮氣體經(jīng)進(jìn)氣過濾器，進(jìn)入壓縮機(jī)的吸氣腔，通過陰陽轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)嚙合，完成吸氣、壓縮和排氣過程，并在壓縮過程與噴入的潤滑油混合；經(jīng)壓縮后的油氣混合物依次被排入粗油氣分離器和細(xì)油氣分離器中，潔凈氣體被送入使用系統(tǒng)，潤滑油循環(huán)使用。

將設(shè)計(jì)的螺桿壓縮機(jī)機(jī)組全部組成三維模型并進(jìn)行優(yōu)化和渲染，按照裝配關(guān)系，實(shí)現(xiàn)虛擬裝配，如圖7所示。由此可實(shí)現(xiàn)雙螺桿壓縮機(jī)機(jī)組全部組成部件的虛擬拆裝。

圖7 雙螺桿壓縮機(jī)機(jī)組拆裝虛擬仿真

4 雙螺桿壓縮機(jī)工作過程的仿真模擬

雙螺桿壓縮機(jī)工作過程的仿真包括陰陽螺桿轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)仿真和氣體增壓過程模擬仿真。在三維軟件中模擬壓縮機(jī)的工作過程，將機(jī)殼半透明化以觀察內(nèi)部螺桿轉(zhuǎn)子的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，將氣體壓力以可視化的形式展示。方便學(xué)生觀察整個(gè)工作過程：氣體被吸入并填滿齒間容積、齒間容積減小的氣體被壓縮過程、齒間容積與排氣口連通后氣體被排出過程。定量地觀察氣體壓力的變化規(guī)律。

4.1 螺桿轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)仿真

采用運(yùn)動(dòng)仿真功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真。在裝配文件中，選擇“新建運(yùn)動(dòng)算例”進(jìn)入設(shè)置界面，選擇“電動(dòng)機(jī)”，選擇需要電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的零件及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向。在該雙螺桿壓縮機(jī)中，選擇陽螺桿轉(zhuǎn)子為驅(qū)動(dòng)零件，回轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針，設(shè)置電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。建立運(yùn)動(dòng)后觀察運(yùn)動(dòng)仿真過程，能夠清晰地看到陽螺桿轉(zhuǎn)子在在機(jī)殼內(nèi)腔帶動(dòng)陰螺桿轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的過程，如圖8 所示。

圖8 螺桿轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)仿真

同時(shí)，可以對(duì)齒間容積進(jìn)行可視化處理，可以使學(xué)生清晰地觀察雙螺桿壓縮機(jī)工作過程中齒間容積大小的變化規(guī)律，其壓縮過程的齒間容積及最小齒間容積如圖9 所示，從而更為深入理解雙螺桿壓縮機(jī)的氣體壓縮過程。

圖9 雙螺桿壓縮機(jī)的齒間容積

4.2 氣體增壓過程模擬仿真

通過對(duì)雙螺桿壓縮機(jī)進(jìn)行數(shù)值模擬，計(jì)算其工作過程中氣體狀態(tài)參數(shù)如壓力在不同時(shí)刻的變化規(guī)律。

（1）對(duì)陰陽螺桿轉(zhuǎn)子及其流體域進(jìn)行三維建模，如圖10 所示。

圖10 轉(zhuǎn)子和流體域三維建模

（2）對(duì)陰陽螺桿轉(zhuǎn)子和流體域分別進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如圖11 所示。當(dāng)陰陽螺桿轉(zhuǎn)子和流體域的網(wǎng)格質(zhì)量合格后便可進(jìn)行計(jì)算。

圖11 陰陽螺桿轉(zhuǎn)子和流體域的網(wǎng)格

（3）通過數(shù)值模擬軟件對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬，計(jì)算結(jié)束后對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析。工作過程中各時(shí)刻的壓力分布如圖12 所示?？梢姡ぷ髑粌?nèi)氣體壓力從進(jìn)氣口到排氣口逐漸增大，壓力最大位置位于排氣口和與排氣口相連的工作腔內(nèi)，從與排氣口相連的工作腔到排氣口管路內(nèi)的壓力上升明顯。工作腔內(nèi)壓力以兩螺桿轉(zhuǎn)子間的接觸線形成的側(cè)向密封和螺桿轉(zhuǎn)子與機(jī)殼壁形成的周向密封為分界線呈階梯狀分布。從進(jìn)氣口到排氣口，氣體在工作腔內(nèi)被壓縮，使其壓強(qiáng)升高，同時(shí)氣體在嚙合間隙處從壓力較高的工作腔向壓力較低的工作腔泄漏。

圖12（a）時(shí)刻為初始時(shí)刻，此時(shí)吸氣過程即將開始。圖12（b）時(shí)刻吸氣腔與吸氣管路連通，吸氣腔開始吸氣。從圖12（c）～（h）可以清楚地看出，隨著主軸轉(zhuǎn)角的變化，吸氣腔容積增加；而壓縮腔容積減小，其腔內(nèi)的氣體壓力升高。

圖12 雙螺桿壓縮機(jī)的壓力分布

在雙螺桿壓縮機(jī)的吸氣口、排氣口、吸氣腔、壓縮腔和排氣腔內(nèi)設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。通過對(duì)雙螺桿壓縮機(jī)進(jìn)行仿真模擬計(jì)算，測(cè)得其排氣量、各工作腔內(nèi)的氣體壓力，最終獲得壓縮比、排氣量、指示功率和容積效率等數(shù)據(jù)。學(xué)生可以更加清晰地且定量地掌握雙螺桿壓縮機(jī)的工作過程和性能指標(biāo)。

5 結(jié)語

（1）在流體機(jī)械實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于流體機(jī)械的實(shí)體運(yùn)轉(zhuǎn)，學(xué)生難以觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作過程，教學(xué)效果不理想。針對(duì)流體機(jī)械教學(xué)實(shí)踐中存在的學(xué)生缺乏感性直觀理解、實(shí)驗(yàn)過程中安全風(fēng)險(xiǎn)大、實(shí)驗(yàn)成本高等問題。以流體機(jī)械中的雙螺桿壓縮機(jī)為例，基于其核心部件螺桿轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)，構(gòu)建了一套雙螺桿壓縮機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了虛擬仿真的實(shí)踐教學(xué)方法。

（2）所構(gòu)建的雙螺桿壓縮機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，具有學(xué)生參與度高、模型制作便捷、運(yùn)動(dòng)仿真直觀等特點(diǎn)。不但有利于學(xué)生直接觀察和理解雙螺桿壓縮機(jī)的工作原理和組成結(jié)構(gòu)，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和主動(dòng)學(xué)習(xí)能力。學(xué)生參與核心部件陰陽螺桿轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)與三維建模過程，便于學(xué)生理解雙螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)思路，更能深入地理解雙螺桿壓縮機(jī)的工作過程，培養(yǎng)了學(xué)生的工程師思維。所提出的教學(xué)方法解決了目前流體機(jī)械課程教學(xué)中知識(shí)抽象、學(xué)生缺乏實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)不夠直觀的問題，為流體機(jī)械課程理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了新的思路。

（3）學(xué)生通過核心部件陰陽螺桿轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)和三維建模、3D打印、雙螺桿壓縮機(jī)三維爆炸圖的制作、壓縮機(jī)組的虛擬拆裝、工作過程的仿真模擬等教學(xué)環(huán)節(jié)，清晰直觀地認(rèn)識(shí)到雙螺桿壓縮機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，正確理解雙螺桿壓縮機(jī)的工作特性，提高了學(xué)生的工程實(shí)踐意識(shí)和空間想象能力。所構(gòu)建的雙螺桿壓縮機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)對(duì)于提高流體機(jī)械的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和流體機(jī)械實(shí)驗(yàn)室建設(shè)都發(fā)揮了良好的作用。