环空气泡上升速度模型建立研究
2024年幼儿园科学教案《空气炮》
2024年幼儿园科学教案《空气炮》一、教学内容本教案选自幼儿园科学教材第四章《身边的科学》，具体内容为“空气炮”的制作与实验。
本章详细介绍了空气炮的原理、制作方法以及相关科学知识。
二、教学目标1. 让幼儿了解空气炮的原理，知道空气炮是利用气压差产生推力的。
2. 培养幼儿动手操作能力，提高幼儿解决问题的能力。
3. 激发幼儿对科学的兴趣，培养幼儿的探究精神。
三、教学难点与重点教学难点：空气炮的原理及制作方法。
教学重点：让幼儿通过实践操作，掌握空气炮的制作方法，了解气压差的概念。
四、教具与学具准备1. 教具：空气炮模型、气球、塑料瓶、剪刀、胶带等。
2. 学具：每组一套空气炮制作材料。
五、教学过程1. 实践情景引入（5分钟）教师展示空气炮模型，并邀请一名幼儿上台进行操作，让其他幼儿观察空气炮的发射过程。
2. 例题讲解（10分钟）教师通过PPT或板书，详细讲解空气炮的原理及制作方法。
3. 动手操作（10分钟）幼儿分组进行空气炮的制作，教师巡回指导。
4. 随堂练习（5分钟）每组展示制作的空气炮，并进行发射比赛，看哪组发射的距离最远。
教师对每组的表现进行评价，强调空气炮的制作要点和原理。
六、板书设计1. 板书空气炮2. 板书内容：1) 空气炮原理：利用气压差产生推力2) 空气炮制作方法：气球、塑料瓶、胶带等3) 制作要点：密封、推力方向、安全等七、作业设计1. 作业题目：制作一个属于自己的空气炮，并记录发射距离。
2. 答案：无固定答案，要求幼儿完成作业后，家长签字确认。
八、课后反思及拓展延伸2. 拓展延伸：引导幼儿思考空气炮在其他领域的应用，如空气净化、风力发电等，激发幼儿对科学探究的兴趣。
重点和难点解析1. 教学内容的理论与实践结合2. 教学目标的明确与实施3. 教学难点与重点的处理4. 教学过程的设计与实施5. 板书设计的简洁与清晰7. 课后反思与拓展延伸的实际操作一、教学内容的理论与实践结合教学内容的设计需确保理论与实践的紧密结合。
涡环空气炮原理
涡环空气炮原理涡环空气炮是一种利用气体动力学原理产生强大气流的装置，其原理基础是涡轮增压技术。
涡轮增压是一种通过涡轮增大进气压力，提高发动机进气量和效率的技术，而在涡环空气炮中，这种技术被应用到了空气流动的控制中。
通过高速旋转的涡轮叶片将空气加速并产生旋转气流，形成一个类似龙卷风的涡环结构，从而产生强大的气流动能。
涡环空气炮的工作原理可以简单地分为三个步骤：气体加速、旋转涡环形成和气流喷射。
首先，气体从进气口进入涡环空气炮内部，经过涡轮叶片的加速作用，气体速度急剧增加。
其次，经过涡轮叶片的旋转作用，气体开始形成旋转气流，并逐渐形成一个稳定的涡环结构。
最后，当气流达到一定速度和旋转状态后，通过喷口喷出，产生强大的气流动能，可用于各种应用场景，如清洁、干燥、除尘等。
涡环空气炮具有许多优点，其中最明显的就是其强大的气流动能和高效的清洁能力。
由于涡环空气炮产生的气流速度高、动能大，可以轻松清洁各种硬质表面上的灰尘、污垢甚至液体残留。
而且，由于气流呈旋转状态，可以在较大范围内均匀地清洁目标表面，效果更加彻底。
此外，涡环空气炮还具有操作简单、维护成本低、使用安全等优点，受到了广泛的应用和好评。
涡环空气炮在工业生产、清洁卫生、环境保护等领域有着广泛的应用前景。
在工业生产中，可以用于清洁设备表面、除尘除油、喷涂干燥等工艺，提高生产效率和产品质量。
在清洁卫生领域，可以用于清洁建筑物外墙、车辆表面、道路、桥梁等公共设施，保持城市环境整洁美观。
在环境保护方面，可以用于清洁工业废气、减少粉尘污染，改善环境空气质量。
总的来说，涡环空气炮以其独特的气体动力学原理和强大的气流动能，成为了一种高效、环保、多功能的清洁设备，受到了广泛的关注和应用。
随着科技的不断发展和进步，相信涡环空气炮在未来会有更广阔的应用前景，为人类社会的清洁、卫生和环保事业做出更大的贡献。
某空气炮设计方案的分析与优化
某空气炮设计方案的分析与优化苏红星;赵俊利;马春梅【摘要】Gas gun is common high overload simulation test equipment. In order to improve the overall performance of gas gun test equipment, studied and analyzed was the original scheme of the gas gun with an optimization model established in terms of the chamber volume, the initial pressure of the chamber and the length of the barrel. Optimized was the original scheme of the gas gun with the opti-mization design worked out. Respectively, calculated were the required gas quality for the single launch,the force of the gas gun at aftereffect period and wall thickness the chamber needs. By compa-ring the results,the optimization design can be obtained, which needs less gas quality for the single launch with lower costs as well as better safety and stability.%空气炮是一种常用的高过载模拟试验设备.为了提高某高过载空气炮试验设备的整体性能,研究分析了该空气炮的原始方案,建立了当弹丸初速一定时,气室容积、气室初始压力以及炮管长度的优化模型,得到了优化方案.分别计算了原始方案与优化方案单次发射所需的空气质量,空气炮后效期所受合力以及气室所需壁厚.通过对比计算结果,可以得到优化方案比原始方案的单次发射所需气体质量更少,发射成本更低,安全稳定性更好.【期刊名称】《火炮发射与控制学报》【年(卷),期】2018(039)001【总页数】5页(P61-65)【关键词】空气炮;整体性能;设计方案;优化【作者】苏红星;赵俊利;马春梅【作者单位】中北大学机电工程学院,山西太原 030051;中北大学机电工程学院,山西太原 030051;中北大学机电工程学院,山西太原 030051【正文语种】中文【中图分类】TJ302空气炮是一种通用的高过载模拟试验设备。
静水中气泡上升运动特性的数值模拟研究
关键 词 ：气泡 ； ａｓｔ ； Ｂ ｓｅ 力 上升 速度 ； 始半径 ； 值模拟 初 数 中图分类 号 ： ３ ９ １ ０ ５ ． 文献标志 码 ：Ａ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｓ ａ ｃ ｎ Ｎｕｍｅ ｉ ａ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｆＭ ｏ ｏ ｈａ ｉ ｒ ｒｃ ｌＳ ｍ ｌ ｔｏ ｏ ｉ ｎ Ｂｅ ｖ ｏ ｓ ｌ
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用差压法测定Taylor泡在垂环形管内静止液柱里的上升速度
测定 ， 并将实验值与几种关 系式 的计算值进行 了比较 ； 环形管 的 内管旋转 对 Ｔ －ｏ 泡上 升速度 的影响进行 了实验 研 对 ｅ ｌｒ ｙ
究及一定 的理论分析 ， 并给 出了一个 预测 Ｔ ｙｏ 泡在 内管旋转 的环形管液柱中上 升速度的关系式。 ａｌ ｒ 美键词 ： Ｔ ｙ ｒ ａ ｉ 泡 ｏ 环形管 上升速度 差压 关系式
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基于相变与真实气体模型的环形蒸汽引射器数值模拟研究
文章编号：1004-7182(2019)05-0064-06
导弹与航天运载技术 MISSILES AND SPACE VEHICLES
DOI：10.7654/j.issn.1004-7182.20190513
No.5 2019 Sum No.370
基于相变与真实气体模型的环形蒸汽引射器数值模拟研究
吴薇梵 1.2，王占林 1.2，孔凡超 1.2，刘瑞敏 1.2，张家仙 1.2
（1. 北京航天试验技术研究所，北京，100074；2. 北京市航天试验技术与装备工程技术研究中心，北京，100074）
摘要：为对某型上面级发动机环形蒸汽引射器零二次流流场进行研究，采用数值模拟方法，分析数值模拟模型对计算结
Abstract: In order to study the supersonic annular ejector in zero-secondary flow, numerical simulation is applied to analyze the influences of numerical simulation models on calculation accuracy. The results of numerical simulation are compared with the experimental results. The conclusions show that the theoretical calculation results are quite different from the experimental results, and the accuracy of numerical simulation calculation is higher than theoretical calculation. The more the models are closed to the real situation , the higher the accuracy of the numerical simulation calculation results is. Among them, the influence of phase change model is greater than that of real gas model, and the difference between component transport model and frozen flow model is small.
幼儿园科学教案《空气炮》
幼儿园科学教案《空气炮》一、教学内容本节课选自幼儿园大班科学领域教材第四章《身边的科学》，详细内容为“空气炮的制作与实验”。
二、教学目标1. 让幼儿了解并掌握空气炮的制作过程，培养幼儿动手操作能力。
2. 通过实验，使幼儿了解空气炮的原理，提高幼儿的科学探究能力。
3. 培养幼儿合作、分享的品质，激发幼儿对科学活动的兴趣。
三、教学难点与重点重点：空气炮的制作过程及原理。
难点：如何让幼儿理解并掌握空气炮的原理。
四、教具与学具准备1. 教具：空气炮模型、气球、塑料瓶、剪刀、胶带等。
2. 学具：每组一份空气炮材料（气球、塑料瓶、剪刀、胶带等）。
五、教学过程1. 实践情景引入（5分钟）利用空气炮模型进行表演，激发幼儿兴趣，引导幼儿观察并思考空气炮是如何制成的。
2. 制作空气炮（15分钟）a. 分组讨论：如何制作空气炮？b. 教师演示：如何制作空气炮，并讲解制作过程中需要注意的问题。
c. 幼儿动手制作：在教师的指导下，每组完成一个空气炮的制作。
3. 空气炮实验（10分钟）a. 提问：为什么空气炮可以发射？b. 讲解空气炮原理：当气球内的空气迅速喷出时，会产生一个向前的力，从而推动空气炮发射。
c. 幼儿实验：使用自制的空气炮进行实验，观察并记录实验现象。
4. 例题讲解（5分钟）以一道简单的计算题为例，引导幼儿运用空气炮原理解决问题。
5. 随堂练习（5分钟）设计一道与空气炮相关的练习题，让幼儿巩固所学知识。
六、板书设计1. 制作空气炮的步骤及注意事项。
2. 空气炮原理示意图。
七、作业设计1. 作业题目：设计一个利用空气炮原理的小游戏。
答案示例：两人一组，用空气炮进行射击比赛，看谁射得更远。
2. 作业题目：运用空气炮原理，解释生活中的一些现象。
答案示例：吹气球时，气球为什么会变大？八、课后反思及拓展延伸1. 反思：本次教学中，幼儿对空气炮的制作和实验表现出较高的兴趣，但在理解空气炮原理方面还有待加强。
2. 拓展延伸：引导幼儿思考，如何改进空气炮的设计，使其射程更远？鼓励幼儿在家庭中进行相关实验，激发幼儿的探究欲望。
2024年空气炮大班科学活动教案
2024年空气炮大班科学活动教案一、教学内容本节课选自《大班科学探索》教材第四章“空气的力量”，详细内容为“空气炮的制作与实验”。
通过本章学习，学生将了解空气炮的原理与制作过程，探索空气在物体运动中的作用。
二、教学目标1. 知识目标：学生能够理解空气炮的原理，掌握制作空气炮的基本方法。
2. 能力目标：培养学生动手操作能力和团队协作能力，激发学生对科学实验的兴趣。
3. 情感目标：培养学生热爱科学，乐于探索的精神。
三、教学难点与重点重点：空气炮的原理及制作方法。
难点：如何引导学生运用所学的知识解决实际问题。
四、教具与学具准备教具：空气炮模型、实验器材、演示PPT等。
学具：气球、塑料瓶、剪刀、胶带等。
五、教学过程1. 实践情景引入利用空气炮模型进行演示，引发学生兴趣，提出问题：“你们知道这是什么东西吗？它是怎么工作的？”2. 例题讲解通过PPT展示，讲解空气炮的原理和制作过程。
3. 动手制作学生分组进行制作，教师巡回指导。
a. 将气球剪成适当大小，套在塑料瓶口。
b. 用胶带固定气球，确保不漏气。
c. 在塑料瓶底部钻一个小孔，用于排气。
d. 将塑料瓶举起，用手挤压气球，使气体迅速排出，产生推力。
4. 随堂练习学生制作完成后，进行实验操作，观察空气炮的威力。
六、板书设计1. 空气炮的原理2. 制作步骤3. 注意事项七、作业设计1. 作业题目：制作一个空气炮，并记录实验过程。
2. 答案：略。
八、课后反思及拓展延伸1. 反思：本节课学生的参与度较高，制作过程中存在一些问题，如气球大小不一，导致实验效果不佳。
下次教学时，应注意指导学生选择合适的材料。
2. 拓展延伸：引导学生思考空气炮在其他领域的应用，如军事、消防等。
鼓励学生进行深入研究，提高学生的创新能力。
重点和难点解析1. 实验材料的选择与准备2. 制作过程的步骤与注意事项3. 教学过程中的实践操作与指导4. 课后反思与拓展延伸的深入探讨一、实验材料的选择与准备1. 气球：选择质量较好、弹性强的气球，以确保实验过程中气球的耐用性和稳定性。
2024年空气炮大班科学活动教案
2024年空气炮大班科学活动教案一、教学内容本节课选自《大班科学探索》教材第四章“有趣的空气”，涉及内容为“空气炮的制作与实验”。
详细内容包括：空气炮的原理、制作方法、实验操作以及相关安全知识。
二、教学目标1. 了解空气炮的原理，知道空气炮是如何工作的。
2. 学会制作简单的空气炮，培养动手操作能力。
3. 通过实验，观察并了解空气炮的作用，激发对科学探索的兴趣。
三、教学难点与重点教学难点：空气炮的制作方法及实验操作。
教学重点：空气炮的原理及作用。
四、教具与学具准备教师准备：空气炮制作材料（塑料瓶、气球、胶带等）、实验器材（尺子、计时器等）。
学生准备：剪刀、胶带、气球等。
五、教学过程1. 实践情景引入（5分钟）利用吹气球的游戏，让学生感受空气的压力，进而引入本节课的主题——空气炮。
2. 空气炮原理讲解（5分钟）通过PPT展示，讲解空气炮的原理，使学生了解空气炮是如何利用空气压力产生力的。
3. 制作空气炮（15分钟）1）分发制作材料，讲解制作步骤。
2）学生动手制作，教师巡回指导。
3）制作完成后，进行实验前的检查。
4. 实验操作（15分钟）1）学生分组进行实验，观察空气炮的作用。
2）记录实验数据，讨论实验结果。
5. 例题讲解与随堂练习（10分钟）1）讲解例题：如何使空气炮的威力更大？2）学生思考并回答，教师点评。
3）进行随堂练习，巩固所学知识。
2）拓展思考：如何利用空气炮为生活带来便利？六、板书设计1. 空气炮原理2. 制作步骤3. 实验操作4. 例题讲解七、作业设计1. 作业题目：制作一个空气炮，并记录实验过程和结果。
2. 答案：略。
八、课后反思及拓展延伸本节课通过实践情景引入、讲解、制作、实验、练习等环节，使学生了解了空气炮的原理、制作方法及作用。
课后，教师应反思教学过程中的不足，针对学生的掌握情况，进行针对性的辅导。
同时，鼓励学生在家中尝试利用空气炮解决实际问题，将所学知识拓展到生活中。
重点和难点解析1. 实践情景引入2. 空气炮原理讲解3. 制作空气炮4. 实验操作5. 例题讲解与随堂练习6. 课后反思及拓展延伸一、实践情景引入1. 确保游戏安全，避免气球爆炸等意外情况。
电磁式灭弧空气炮理论研究
第50 卷第 4 期2023年4 月Vol.50，No.4Apr. 2023湖南大学学报（自然科学版）Journal of Hunan University（Natural Sciences）电磁式灭弧空气炮理论研究杨廷方，罗屹豪†，周西杰，刘云辉（长沙理工大学电气与信息工程学院，湖南长沙 410114）摘要：针对传统保护间隙的空气间隙无法快速熄弧、线路的跳闸率较高问题，研究、设计了电磁式灭弧空气炮.该装置利用电磁活塞理论，喷射出高速气团.高速气团会冲击电弧，带走电弧的热量并拉细电弧，显著增强电弧的去游离作用，迫使其在短时间内熄灭.且电磁式灭弧空气炮的活塞尾部安装有弹簧机构，能够在灭弧后自动将活塞复位，为下一次动作做准备.通过有限元法进行仿真计算，加装电磁式灭弧空气炮的保护间隙能在16 ms内将电弧拉细到原来粗细程度的1/8、弧心温度降低至1/3，显著增强去游离作用，迫使其迅速熄灭.因此电磁式灭弧空气炮具有较强的熄弧能力，且具备一定的自能性，能有效降低雷击跳闸率、提升电能质量.关键词：磁场效应；有限元法；计算机仿真；磁流体力学；电弧中图分类号：TM853 文献标志码：ATheoretical Research on Electromagnetic Arcing Air CannonYANG Tingfang，LUO Yihao†，ZHOU Xijie，LIU Yunhui（School of Electrical and Information Engineering， Changsha University of Science and Technology， Changsha 410114， China）Abstract：Aiming at the problem that the traditional protection gap can not extinguish the electric arc quickly and the trip rate of the line is high， this paper studies and designs the electromagnetic arc extinguishing air cannon. The device uses the electromagnetic piston theory to eject high-speed air masses. The high-speed air mass can impact the arc， take away the heat of the arc and draw the arc fine， enhancing the removing-free effect of the arc and forcing it to be extinguished quickly. And the spring mechanism installed at the piston end of theelectromagnetic arc extinguishing air cannon can automatically reset the piston after the electric arc extinguishing and be ready for the next time. According to the finite element method simulation， the arc can be drawn to 1/8 of its original thickness and the electric arc center temperature can be reduced to 1/3 within 16 msdue to the installation of the protection gap of electromagnetic arcing air cannon， which significantly enhances the removing free effect and forces the arc to be extinguished quickly. Therefore，the electromagnetic arc extinguishing air cannon has a stronger extinguishing ability and certain self-reliance， which can effectively reduce the lightning trip-out rate and improve power quality. Key words：magnetic field effects；finite element method；computer simulation；magnetohydrodynamics；electric arc∗收稿日期：2022-06-14基金项目：国家自然科学基金资助项目（51777015）， National Natural Science Foundation of China（51777015）作者简介：杨廷方（1975―），男，湖南长沙人，长沙理工大学副教授，博士，研究生导师† 通信联系人，E-mail：*****************文章编号：1674-2974（2023）04-0193-07DOI：10.16339/ki.hdxbzkb.2023229湖南大学学报（自然科学版）2023 年传统输电线路的防雷间隙一般由相隔一定距离、弯曲成一定角度的两根金属棒构成.其中一段连接于线路高压端，另一段连接在接地端.当发生雷击，保护间隙被击穿、放电，将雷电流引入大地，达到保护线路的目的.然而其使用的空气间隙灭弧效果差，电弧往往持续燃烧，难以熄灭，严重时甚至损伤设备，造成二次损失.针对这一问题，国内外的研究人员提出了不少灭弧装置理论，但或多或少存在着维护次数高、材料昂贵、受环境影响大等问题.文献［1］提出了利用雷电冲击波引爆特质的灭气丸，从而产生爆轰气流破坏雷电通道，达到抑制电弧的目的.文献［2］提出了通过多断口压缩自灭弧结构，让电弧沿着特殊结构发展而被分割成多段，拉长电弧加速其能量损耗达到快速灭弧的功效.文献［3］则指出了电弧产生的原因主要是电磁热，高温增加了空气的电导率，使得电弧能够持续燃烧.因此，若能够快速降低电弧的温度，便能够迫使其迅速熄灭.空气炮又名空气助流器，是利用压差喷出可达1马赫的高速气团产生的巨大冲击波进行清淤、破拆等作业，目前已广泛应用于冶金、防火等领域［4］，取得了极好的效果，但在电气领域应用甚少.而电磁活塞是利用电磁技术来控制流体流动的工业设备，能够配合不同的电路实现对流体的速度、方向、体积等多种因素的控制［5-6］.本文将二者的理论结合起来，设计了电磁式灭弧空气炮.该装置利用电磁技术产生的强磁场推动金属活塞，迅速压缩容器内的空气，从而形成巨大压差以喷射气体将电弧熄灭.1 气吹灭弧原理输电线路正常运行时，保护间隙的工频电压不足以击穿空气.但当雷击发生时，间隙击穿产生电弧，弧心温度可达50 000 ℃.虽然雷电流短暂，但形成的高温通道增强了空气的电导率，产生了工频续流，从而使电弧继续燃烧.此时电弧平均温度超过3 000 ℃，而中心的温度可达10 000 ℃［7］.弧隙中，在工频电压的作用下产生电子和正离子的游离过程中，也存在着带电质点减少的去游离作用.稳定燃烧的电弧中，这两个过程处于动态平衡，若游离作用较强，则电弧维持燃烧；若去游离作用较强，则电弧逐渐衰弱，直至熄灭.若想增强电弧的去游离作用，主要有以下几种方案.1.1 降低电弧温度文献［7］指出电弧的游离作用和电弧温度有关，温度越高则游离作用越强、去游离作用越弱.其温度降低的主要表现为热辐射和热对流，且对流散热占降温作用的80%以上.其中单位长度电弧的对流散热公式为：P k=0.41×π4d2v ln T c T0（1）式中：v为周围气流速度；T c为弧柱温度；T0为环境温度.1.2 降低电场强度文献［8］指出电弧的稳定性和电场强度成正相关，电场强度越大，离子的运动速率越高，游离作用越强.若电弧被拉长，则电场强度会显著降低.此时离子运动速率减小，则复合的机会增加，去游离作用增强.1.3 降低电弧内部的带电粒子浓度文献［9］指出，利用高速气流吹拂电弧，带走其中的部分带电粒子，减小电弧直径，能够显著增强去游离作用.文献［10］指出，电弧的直径越小，电弧表面的带电粒子浓度相较于其内部的带电粒子浓度之比增加，去游离作用会显著增强.因此，若能将气团高速喷向电弧，便能够迅速增加电弧周围的气流速度，降低其温度，同时迫使电弧被拉长、变细，以达到迅速熄灭电弧的效果.2 电磁式灭弧空气炮原理2.1 空气炮简介空气炮利用空气动力学进行工作，即通过某种手段（一般为温差或化学反应）使炮腔和外部产生可达数十兆帕的压差，使得内部的气体以超过1马赫的速度喷出，达到摧毁目标的目的.该设备目前已经广泛应用于火灾扑灭、管道疏通、矿井清淤等领域，且取得了极好的效果.2.2 电磁活塞理论通电的线圈周围会产生环绕磁场，其磁场强度H和线圈的匝数、通过线圈的电流大小成正比，即H=N×I Le（2）式中：N为线圈匝数；I为通过线圈的电流大小；L e为有效磁路长度.有效磁路长度可以表示为：L e=V e A e（3）194第 4 期杨廷方等：电磁式灭弧空气炮理论研究式中：V e 为有效体积；A e 为有效截面面积.磁场强度可表示为：H =N ×I ×A eV e（4）磁场会对放置于其中的顺磁物质产生吸引力，这个力被称为磁力.根据法拉第和麦克斯韦提出的磁力线概率，可以推导出麦克斯韦公式：F =1μ0∮[(B ×n 0)B -12B 2n 0]d A（5）式（5）可以进一步简化为：F =B 2A2μ0（6）式中：F 为磁力；B 为磁极表面的磁感应强度；A 为磁极的极面面积；μ0为真空磁导率，一般取4π×10-7 H/m.其理论简化图如图1所示.磁场对磁性物质产生的吸引力极大，一块35 mm×15 mm×5 mm 、平均表磁为12.1 mT 的N38钕铁硼磁体便能对磁性物质产生101.25 N 的吸引力［11-13］.电磁活塞理论：通电线圈周围会产生磁场，以此驱动铁磁物质活塞运动、压缩一定体积内的气体或液体，从而形成较高的内外压差，其理论简化图如图1所示.根据此理论，本文提出的装置能够形成最高可达4 kPa 的内外压差，使得腔体内的空气被高速喷出，以达到熄灭电弧的目的.同时在活塞后部安装弹簧，弹簧产生的弹力F t 为：F t =k ×P（7）式中：k 为弹簧的弹性系数；P 为活塞位移.当电弧熄灭、磁场消失，被压缩的弹簧回弹，将活塞拉回到原有位置，以备下一次工作.3 电磁式灭弧空气炮仿真根据上述理论设计出空气炮模型，并利用有限元法进行仿真［14-15］.空气炮腔体半径为4 cm ，深15 cm ，底部有一个直径4 cm 、高6 cm 的圆柱形活塞，材料为聚异丁烯（PIB 橡胶，常温下为绝缘体），且活塞未与腔内壁发生挤压.活塞内镶嵌有一半径0.75 cm 、高 4 cm 的圆柱形铁芯，材料为低碳钢（电导率8.41 MS/m ）.空气炮炮口为一厚1.5 cm 、半径4 cm 的空气挡板，挡板上间隔2 cm 分布有3个半径0.5 cm 的圆柱形气道喷嘴，材料为聚苯硫醚（PPS 塑料，常温下 为绝缘体）.炮腔外壳也为PPS 塑料，厚4 cm ，且在 靠近炮腔处有一个半径为1.5 cm 、高8 cm 的石英腔，腔内镶嵌有150 匝、截面面积为1 mm 2的铜线圈（电导率59.98 MS/m ）.活塞后部连接有方形挡板，挡板两侧安装有弹性系数k 为50 N/m 、处于舒张状态的弹簧.整个装置（不包括外壳）总重0.440 8 kg.模型图详见图2.设置基准气压为一个标准大气压.将电磁式灭弧空气炮串联在35 kV 输电线路保护间隙的接地端.空气炮整体倾斜一定角度，距离间隙约20 cm ，如图3所示.正常运行状态下，无电流流过空气炮.而雷击事故发生时，保护间隙将被击穿，工频电压施加于间隙两端，短路电流流过线圈.电流通过线圈产生磁场，瞬时最高磁场强度可达8 T.根据电磁活塞理论，在通电线圈产生的磁力作用下，活塞内的软铁将出现向着磁场方向运动的趋势，从而拉动活塞整体运动，由此启动电磁式灭弧空气炮.仿真结果表明，线圈产生的磁场将随着时间先增大后减小，活塞受到的磁力也呈现这个趋势，并于5 ms 左右达到峰值800 N.线圈受到的磁力大小如图4所示.为了确保结果的真实性，考虑空气阻力F q及摩图1 电磁活塞理论简化图Fig. 1 Simplified diagram of electromagnetic piston theory图2 电磁式灭弧空气炮简要结构图Fig. 2 Brief structure drawing of electromagnetic arcing air gun195湖南大学学报（自然科学版）2023 年擦力F f ，其中空气阻力计算公式为：F q =12CρSν2（8）式中：C 为空气阻力系数（本文的模型取2）；ρ为空气密度（初始取1.29 kg/m 3，且随着腔内气压而变化）；S 为活塞顶部面积；ν为活塞的速度［16-17］.随着活塞的运动，弹簧被压缩.活塞受到的合力F h 为空气阻力、摩擦力、弹簧拉力和磁力的矢量和.0~10 ms 内，活塞被不断加速，最高速度可达11.394 m/s ，如图5所示.随着活塞的移动，炮腔内的气体被迅速压缩，4ms 左右在喷嘴附近形成可达4 kPa 的压差，使炮腔内的气体以180 m/s 的速度喷射而出，如图6所示.空气炮在6 ms 左右形成气团，10 ms 时刻高速气团抵达间隙，此时气团直径可达10 cm ，体积约为0.000 6 m 3，且速度超过60 m/s ，如图5所示.高速气团剧烈冲击电弧，并迅速带走电弧的温度，迫使电弧变形，使其变得易于熄灭.在气团的作用下，电弧的中心宽度由8.65 mm 减小至1 mm 以下，仅为原来的1/8；温度则由5 600 ℃骤降至3 000 ℃以下，仅为原来的1/3，如图7和图8所示.该装置的整个灭弧过程仅11 ms.考虑到目前市面上的继电器平均动作时间为20 ms ，远超电磁式空图3 电磁式灭弧空气炮简要位置图Fig. 3 Brief position diagram of electromagnetic arcing air gun图4 磁力大小Fig. 4 Size of the magnetic（a ）活塞速度（b ）活塞位移图5 活塞的速度和位移Fig. 5 The velocity and displacement of the piston图6 喷射时刻腔内压强Fig. 6 Pressure in the cavity at the time of injection196第 4 期杨廷方等：电磁式灭弧空气炮理论研究气炮的灭弧时间，因而该装置能够有效降低线路跳闸率.当电弧熄灭，线圈产生的磁场消失，活塞在弹簧弹力的作用下回到原来位置，此过程称为恢复期，需耗费2~3 s ，如图9所示.因此该装置具有自能性，能够自主完成恢复，显著减少维护次数，有利于降低人工成本.本文设计的电磁式灭弧空气炮结构简单，其工作原理主要为电磁推进，因此考虑的影响因素主要为发生雷击时的工频电压周期.工频线路的电压周期为20 ms ，该值决定了线圈所产生的磁场大小和方向.但不论磁场方向如何，对活塞而言仅有受到的力大小发生变化（磁化是瞬时的，往往在微秒级便已经结束）.考虑到最坏情况，仍只需要16 ms 完成灭弧，仍然小于市面上主流的35 kV 继电保护装置20 ms 左右的动作时间.因此，电磁式灭弧空气炮拥有极高的可靠性.4 试 验为了验证仿真模型的正确性，进行了现场试验，如图10所示.其部分结果如表1所示.结果表明，新型电磁式灭弧空气炮平均灭弧时间小于10 ms ，最长也仅为16 ms ，小于传统保护间隙的熄弧时间.因而，新型电磁式灭弧空气炮的灭弧效率要优于传统保护间隙，有利于提高电能质量，降低雷击损失.（a ）活塞开始复位（b ）活塞复位中（c ）活塞完成复位图9 活塞复位演示Fig. 9 Piston reset demonstration（a ）喷射时刻气流速度切面图（b ）气团形成时刻气流速度切面图（c ）抵达时刻气流速度切面图图7 气流喷射Fig. 7 Air injection（a ）传统保护间隙 （b ）安装空气炮保护间隙图8 电弧直径、温度对比Fig. 8 Arc diameter and temperature comparison197湖南大学学报（自然科学版）2023 年5 结 论本文将电磁推进原理和空气炮有机结合在一起，设计了拥有自能性且能在多种自然条件下有效灭弧的电磁式灭弧空气炮.1）根据电磁活塞理论，通电线圈将会产生磁场，从而吸引铁磁物质的活塞、压缩气体，将炮腔内的空气快速喷出，形成大面积高速气团冲向保护间隙间的电弧.在高速气团的作用下，电弧被迅速拉长、变细，且温度大幅降低，去游离作用显著增强，从而在短时间内迅速熄灭.2）试验结果表明，安装该电磁式灭弧空气炮的保护间隙的电弧熄灭时间仅为传统保护间隙的1/3，且小于目前市面上多数继电保护装置的动作时间.因此电磁式灭弧空气炮具有很强的有效性.3）本文设计的电磁式灭弧空气炮适用于35 kV 线路的保护间隙，若要在更高电压等级的线路使用，该装置的工作原理依然适用，但需适当增大炮腔体积.4）仿真模型是在理想条件下运行的，不考虑装置的磨损.考虑到活塞与炮腔内壁的摩擦，该电磁式灭弧空气炮仍需更多的现场试验进行验证.参考文献［1］唐佳雄．约束空间爆轰气流作用下电弧熄灭特性的机理与试验研究［D ］．南宁：广西大学，2021．TANG J X ．Mechanism and experimental research on arc extinction characteristics under detonation air flow in confined space ［D ］．Nanning ：Guangxi University ，2021．（in Chinese ）［2］黄上师．多断口压缩自灭弧结构熄弧及介质强度恢复研究［D ］．南宁：广西大学，2020．HUANG S S ．Study on arc-extinguishing and dielectric strength recovery of multi-fracture compression self arc-extinguishingstructure ［D ］．Nanning ：Guangxi University ，2020．（in Chinese ）［3］周鑫．固相气流截断电弧及重燃抑制的机理［D ］．南宁：广西大学，2019．ZHOU X 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灭火空气炮的仿真与尺寸参数分析
灭火空气炮的仿真与尺寸参数分析作者：李春雷储江伟高伟健解清波来源：《森林工程》2020年第04期摘要：為解决森林火灾问题，利用空气炮射程远的特点，将空气炮装备应用于森林消防领域。
本文建立空气炮射流的数学模型，利用Fluent软件和实验进行模型验证;在探讨如何通过改变空气炮尺寸参数提高空气炮的有效灭火距离问题基础上，通过理论分析，选取空气炮高压气室体积和炮管直径两个影响因素，选定市面上3种不同型号的空气炮进行仿真。
实验结果表明：炮管直径由89 mm增加到108 mm，空气炮的有效灭火距离增加了38.9%;高压气室体积由220 L增加到300 L，空气炮的灭火距离增加不明显。
由此可以得出结论：适当地增大空气炮炮管直径可以有效提升空气炮的有效灭火距离，而相同条件下空气炮高压气室的体积对空气炮有效灭火距离的作用不明显。
关键词：森林消防;空气炮;Fluent仿真;尺寸参数分析Abstract：In order to solve the problem of forest fires， air cannon equipment is used in the field of forest fire protection by taking advantage of the long range of air cannons. In this paper， a mathematical model of the air cannon jet was established， and the model simulation verification was performed with Fluent software and experiment. Based on the discussion of how to increase the effective fire extinguishing distance of the air cannon by changing the size parameters of the air cannon， through theoretical analysis， the two influencing factors of the volume of the high-pressure air chamber of the air cannon and the diameter of the cannon tube were selected and three different types of air cannons on the market were simulated. The experimental results were： the diameter of the cannon tube increased from 89mm to 108mm， the effective fire extinguishing distance of the air cannon increased by 38.9%; the volume of the high pressure air chamber increased from 220L to 300L， and the fire extinguishing distance of the air cannon was not significantly increased. From this， it can be concluded that increasing the diameter of the air cannon tube can effectively improve the fire extinguishing capacity of the air cannon， but under the same conditions， the volume of the high pressure air chamber of the air cannon has no obvious effect on the fire extinguishing capacity of the air cannon.Keywords：Forest fire fighting; air cannon; Fluent simulation; size parameter analysis0 引言森林火灾一旦发生，对环境造成的危害是不可避免的。
空气炮探究设计范文
空气炮探究设计范文空气炮是一种常见的实验装置，用于演示和研究空气压力和力学原理。
它通常由一个空气源和一个压力装置组成。
在本文中，我们将探讨空气炮的设计原理和一些可能的应用。
空气炮的基本原理是利用压缩空气产生的高压力来快速释放气体，产生冲击波。
这种冲击波可以产生强大的力量，用于打击目标或推动物体。
空气炮可以用于各种不同的实验和应用，包括物理实验、材料测试和工程应用等。
空气炮的设计需要考虑以下几个方面：1.空气源：空气炮需要一个可靠的空气源，以提供压缩空气。
这可以通过电子空气泵、压缩机或气体罐等设备来实现。
选择适当的空气源非常重要，因为它将直接影响到空气炮的性能。
2.压力装置：空气炮的压力装置一般使用恒压可调式气压调节阀。
这种装置可以控制空气泄漏的速率和压力。
通过调节压力装置，我们可以控制空气炮的发射速度和力量。
3.发射管道：发射管道是连接空气源和目标的通道，必须具有足够的强度和密封性来承受高压力的扰动。
发射管道通常使用坚固的管材，如金属或硬质塑料。
4.制动装置：为了控制空气炮的发射速度和力量，制动装置非常重要。
制动装置可以是阀门、活塞或其他可调节的机构。
通过调节制动装置，我们可以改变空气炮的发射速度和力量。
5.安全措施：使用空气炮时，安全是至关重要的。
必须采取适当的安全措施来防止意外发生。
这包括戴上适当的护目镜、手套和其他防护装备，确保在安全的环境中操作空气炮。
空气炮的应用非常广泛。
它可以用于研究空气压力和力学原理，例如通过改变压力和发射速度来研究物体的运动规律。
此外，空气炮还可以用于实验室或工程应用，例如测试材料的强度和耐久性。
空气炮还可以用于娱乐和娱乐活动，例如弹射游戏或演示。
在设计和使用空气炮时，我们需要考虑一些因素。
首先，我们必须确保使用适当的操作方法，并在安全环境中进行实验。
其次，我们需要选择适当的材料和设备，以确保空气炮的性能和可靠性。
最后，我们还需要定期维护和保养空气炮，以确保其正常运行。
小学科学：空气炮教案
空气动力教案（知识点：认识空气；空气动力的原理）一、教学目标三维目标【知识与能力】通过对空气动力实验的探究，了解对空气动力的认识。
【过程与方法】锻炼孩子们的观察能力、思考能力、创造能力及动手能力。
【情感、态度与价值观】通过孩子们在实际操作的过程，让孩子们体会到科普的趣味性，爱上科学。
二、教学重点与难点【教学重点】让学生懂得空气动力的原理，并由此激发孩子们对科学的好奇心。
【教学难点】掌握空气动力的原理。
三、教学方法：提问法、演示法、实验法、讨论式教学法四、教学准备：实验器材：空气动力实验材料包；对应的PPT课件一份。
五、教学过程：（课堂纪律、规矩强调）师：小朋友们好~今天又到了我们开心的科学课。
猜猜我们今天要上什么内容呢？生：制造机器人！制造玩具！做化学小实验！师：你们猜的都是科学课以后会上的内容，我们今天要上的内容是一项伟大的创造！师：不过在上课之前，老师对你们有几点要求。
1.实验前有序进入实验室，不能乱碰器材。
2.进入实验室要穿戴整洁，不可带食物进入实验室。
3.实验过程中要听从老师的指导，仔细观察，精心操作，积极思考实验中的问题。
4.在实验结束后，记得保持好自己座位上的清洁，检查完毕后再离开。
以上就是我们这节科学课，老师对大家的要求，你们能做到吗？生：能！师：信心好像不是很足！大声地告诉老师，能不能做到？生：能（大声）（课堂导入）师：小朋友们，我们来猜一个谜语吧。
（PPT第5张）生：老师，好啊。
师：那大家可要听好哦。
谜面:看它看不到,抓它抓不着,吃它吃不饱,人人不可少。
(打一自然物)生：老师，我知道了！这是空气。
师：恭喜这位小朋友回答正确，大家掌声鼓励一下吧。
生：好。
师：没错，谜底就是空气。
（PPT第6张）师：那么老师的问题来了：什么是空气呢？生：老师，空气是我们要呼吸的气体。
师：这位小朋友说对了。
空气，我们每天都呼吸着的“生命气体”，它分层覆盖在地球表面，透明且无色无味，它主要由氮气和氧气组成，对人类的生存和生产有重要影响。
2024年大班科学空气炮教案
2024年大班科学空气炮教案一、教学内容本节课选自《大班科学探索》教材第四章“空气的力量”，详细内容为“空气炮的制作与实验”。
通过本章内容的学习，学生将了解空气炮的制作原理，掌握简单的空气炮实验操作，探索科学现象。
二、教学目标1. 让学生了解空气炮的制作原理，理解空气压力与力的关系。
2. 培养学生动手操作能力，提高学生的实验技能。
3. 激发学生对科学探索的兴趣，培养学生热爱科学的情感。
三、教学难点与重点难点：空气炮制作原理的理解，实验操作技巧的掌握。
重点：空气炮实验的设计与实施，观察与分析实验现象。
四、教具与学具准备1. 教具：空气炮模型，实验器材（气球、塑料瓶、胶带等）。
2. 学具：每组一套实验器材，安全剪刀，胶带。
五、教学过程1. 实践情景引入利用空气炮模型进行演示，让学生观察并思考：为什么空气炮能将物体击倒？2. 例题讲解讲解空气炮的制作原理，引导学生理解空气压力与力的关系。
3. 制作空气炮分组进行空气炮的制作，教师巡回指导，解答学生疑问。
4. 实验操作学生分组进行实验，观察空气炮的威力，记录实验数据。
5. 随堂练习a. 空气炮为什么能产生强大的力？b. 如何改进空气炮的设计，使其更具威力？六、板书设计1. 空气炮制作原理2. 实验步骤3. 注意事项七、作业设计1. 作业题目：a. 制作一个简易空气炮，并记录实验过程。
b. 结合实验结果，分析空气炮的威力与哪些因素有关。
2. 答案：a. 实验过程：参照课堂实验步骤进行制作和实验。
b. 分析：空气炮的威力与气球的大小、塑料瓶的形状和材质等因素有关。
八、课后反思及拓展延伸2. 拓展延伸：a. 鼓励学生进行家庭实验，探索空气炮的其他应用。
b. 组织科学小组活动，开展空气炮比赛，培养学生的团队协作能力。
重点和难点解析1. 实验操作的安全性2. 空气炮制作原理的理解3. 教学过程中的实践情景引入4. 作业设计与拓展延伸的实用性详细补充和说明：一、实验操作的安全性1. 教师在实验前应详细讲解实验器材的正确使用方法，强调安全注意事项。
大炮烟圈实验报告
一、实验目的1. 了解大炮烟圈的形成原理；2. 掌握大炮烟圈实验的操作方法；3. 分析大炮烟圈实验结果，探讨其影响因素；4. 提高对物理现象的观察、分析能力。
二、实验原理大炮烟圈实验是利用火药燃烧产生的气体推动炮弹发射，同时产生大量烟雾的现象。
实验过程中，火药燃烧产生的热量使周围空气膨胀，形成高速气流，从而推动炮弹发射。
同时，炮弹发射过程中，空气中的水蒸气在高温下凝结成小水滴，形成烟雾。
本实验通过观察大炮烟圈的形成过程，分析其影响因素。
三、实验器材1. 大炮装置；2. 火药；3. 炮弹；4. 水汽发生器；5. 烟雾发生器；6. 温度计；7. 压力计；8. 计时器；9. 观察记录本。
四、实验步骤1. 准备实验器材，将大炮装置、火药、炮弹、水汽发生器、烟雾发生器等放置在实验台上；2. 在大炮装置内装入适量的火药，将炮弹放置在火药上方；3. 将水汽发生器与烟雾发生器连接，确保水汽发生器能够正常工作；4. 启动计时器，点燃火药，观察炮弹发射过程；5. 同时，观察水汽发生器和烟雾发生器的工作情况，记录实验数据；6. 分析实验结果，探讨大炮烟圈的形成原因及影响因素。
五、实验数据及分析1. 实验数据：（1）火药燃烧时间：5秒；（2）炮弹发射速度：200m/s；（3）烟雾产生量：500g；（4）温度：300℃；（5）压力：0.1MPa。
2. 实验分析：（1）火药燃烧时间对大炮烟圈的影响：火药燃烧时间越长，炮弹发射速度越快，烟雾产生量越大，大炮烟圈越明显；（2）炮弹发射速度对大炮烟圈的影响：炮弹发射速度越快，烟雾产生量越大，大炮烟圈越明显；（3）烟雾产生量对大炮烟圈的影响：烟雾产生量越大，大炮烟圈越明显；（4）温度对大炮烟圈的影响：温度越高，烟雾产生量越大，大炮烟圈越明显；（5）压力对大炮烟圈的影响：压力越大，烟雾产生量越大，大炮烟圈越明显。
六、实验结论1. 大炮烟圈的形成原因是火药燃烧产生的气体推动炮弹发射，同时产生大量烟雾；2. 火药燃烧时间、炮弹发射速度、烟雾产生量、温度和压力等因素都会影响大炮烟圈的形成；3. 本实验验证了大炮烟圈实验原理，为相关领域的研究提供了参考。
小学科学空气大炮(课件)小学科学拓展性课程通用版
小学科学空气大炮（课件）小学科学拓展性课程通用版空气大炮是一种有趣而且富有教育意义的小学科学实践项目。
通过制作和操作空气大炮，学生可以深入了解空气和气体的特性，同时培养他们的动手能力和科学思维。
空气是我们周围的一种无形物质，它占据了我们所处的空间。
它能够被压缩和膨胀，这就是空气大炮的基本原理。
在空气大炮实践项目中，我们使用压缩空气的原理发射物体，让学生能够亲身体验空气的特性和能量转化的过程。
制作空气大炮的材料很简单，需要一个塑料瓶、气球、胶带和一些小的纸团。
首先，将气球拉伸并用胶带固定在塑料瓶的口部。
接下来，将纸团塞入瓶内，并迅速放松气球。
当气球放松时，压缩的空气会迅速释放，将纸团推出瓶口，形成一道小型的“炮弹”。
空气大炮的操作非常简单。
学生只需要将气球收缩，然后迅速放开，就能够看到纸团被高速喷射出去的情景。
学生可以尝试不同的气球收缩程度和纸团形状和大小，观察它们对发射的效果的影响。
这样的实践可以帮助学生理解压缩空气的原理和空气在缩放和释放过程中所产生的动能。
通过空气大炮实践项目，学生可以学习到许多有关空气和气体的重要知识。
首先，他们可以了解到空气是由分子组成的，这些分子在空气中具有自由运动的特性。
其次，他们可以观察到空气的压力对物体的运动产生的影响。
当气球被收缩时，空气压缩增加，再放松时，空气迅速释放，推动纸团向前。
这样的实践可以帮助学生直观地感受到空气的压力和动能的转化。
此外，空气大炮实践项目还可以培养学生的动手能力和科学思维。
学生需要亲自制作空气大炮并进行实验，这需要他们具备一定的操作技能和控制能力。
他们需要观察实验现象、进行记录和分析，以及提出问题和解决问题的能力。
通过这样的实践，学生不仅可以提高他们对科学知识的理解，还可以培养他们的动手能力和科学思维。
除了基本的空气大炮实践，我们还可以通过一些变化和扩展来进一步深化学生的学习。
例如，学生可以尝试不同形状和材质的容器，观察它们对发射效果的影响。
用差压法测定Taylor泡在垂直环形管内静止液柱里的上升速度
用差压法测定Taylor泡在垂直环形管内静止液柱里的上升速
度
张军;陈听宽
【期刊名称】《测井技术》
【年(卷),期】2002(026)002
【摘要】弹状流是管内气液两相流中的常见流型.在垂直及倾斜管中,为了精确预测弹状流的含气率及压降,必须知道大泡即所谓Taylor泡在静止液体内的上升速度.采用差压的方法对Taylor泡在垂直同心环形管内的上升速度进行了实验测定,并将实验值与几种关系式的计算值进行了比较;对环形管的内管旋转对Taylor泡上升速度的影响进行了实验研究及一定的理论分析,并给出了一个预测Taylor泡在内管旋转的环形管液柱中上升速度的关系式.
【总页数】4页(P158-161)
【作者】张军;陈听宽
【作者单位】江苏大学能源与动力工程学院;西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TE3
【相关文献】
1.对预测垂直环空管中Taylor泡上升速度模型的评价 [J], 张军;金友煌;陈听宽
2.内管旋转的垂直同心环形管内单相流动特性的试验研究 [J], 张军;罗惕乾;陈听宽
3.垂直同心环形管内上升气液两相环状流含气率与压降预测 [J], 张军;陈听宽;闻建龙;罗惕乾
4.垂直及倾斜环形管内上升气液泡状流存在条件 [J], 张军;陈听宽
5.管内低温垂直向上两相流弹状汽泡上升速度的实验研究 [J], 张华;王经
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空气炮探究设计
初中物理课外探究实验课——神奇的空气炮刘欣（西安市西电中学陕西 710077）一、教学思路通过学生日常生活中喜爱的卡通形象——哆啦A梦引入新课，通过演示实验将动画片中的空气炮展现在学生眼前，让学生感受空气炮的神奇威力。
在创设出的真实情景中，引导学生探究影响空气炮威力因素及其作用机理，并做出相应的假设猜想。
随后，学生通过亲自动手制作空气炮，利用控制变量的实验探究方法对这一问题进行探究。
本课程将实验探究与教师讲授结合，让学生掌握空气炮作用机理同时了解其在生活中的运用。
在课堂中，学生亲自动手，实验探究培养学生科学思维；教师寓教于乐，科学设计激发学生学习兴趣。
二、教学目的1.知识与技能：感受空气炮威力，了解其作用机理，掌握波在运动中传递能量。
2.方法与途径：课上指导学生制作空气炮，并通过实验探究影响空气炮威力因素，课下鼓励学生利用实验结论，制作威力更大的空气炮。
3.情感与评价：举例说明空气炮在实际生活中的应用培养学生热爱科学，体验物理之美的情感。
4.现代教育技术：视频演示与实验演示相结合，为学生营造丰富的物理学期情境。
三、教学分析：1.教学内容分析本节讲述空气具有能量及其应用。
让学生了解空气能量的来源是冲击波向前运动传递能量，为以后讲机械波及动能方面打下基础。
重点是“空气炮的制作运用”，难点“认识空气能量大小及影响其大小的因素”2.学生情况分析通过平时观看的动画作品，大多数学生对空气炮有较为直观的认识，但其深层原理学生并不了解，这样便于将讲授内容与学生原有经验结合。
3.教学方式通过学生喜爱的卡通形象引入新课，激发学生学习兴趣；利用演示实验创建物理情景，帮助学生了解物理现象；采用科学探究的方式，引导学生探究影响空气炮威力的因素；建立理论联系生活的观念，拓展学生生活视野。
四、教学准备课前收集国内外视频，查找论文研究实验原理，结合学生学龄特点在教学中插入动画片断，实验器材选自生活，已获得可重复利用，降低学生动手成本，满足课堂要求同时，利于课下开展。
空气炮工作原理和应用介绍 ppt课件
空气炮原理
空气炮工作原理和应用介绍
• 需要非常强大的 排放力，破坏严 重堆积的物料。
空气炮原理
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• 进料管。 • 立管。 • 窑-入口 (进料
架)。 • 熟料蓖冷机。
空气炮原理
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• 大量的固体物料物体在一起，在容器中 无法进行运输和处理。
• 沙砾和轿车轮胎都是单独的物体。 • 一把沙砾或一堆1000个汽车轮胎就构成
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• 定量的压缩空气存储在气罐里 • 压缩空气通过固定端口瞬间释放 • 高强度气流直接冲击堆积物料
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• 气罐容量 • 空气压力 • 阀门设计
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空气炮如何工作
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3
此处打开，使空 气流入气罐，存 储起来。
排放冲量
空气压力
排放力顶峰
• 排放力顶峰呈线性增长, 幅度与空气压力增长相 当。
空气压力
空气炮原理
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• 阀门设计决定了空气炮的最大排放力。
–高效的阀门设计产生更强的排放。 –阀门设计一般，排放力也很一般。 –阀门效率取决于其打开速度 (越快越好)。
空气炮原理
为什么对于空气炮来说, 峰值冲击力 大小非常重要, 因为峰值冲击力的大小 不仅影响到可以冲开多坚固的堵塞物, 还影响到作用的范围.下面用沿墙吹扫 的效果做一说明.
• 曲线的形
.250 秒
状与它的
值没有关
500 磅 力
系。
.500 秒
空气炮原理
空气炮工作原理和应用介绍
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（ ２ ）
由于这 两组 经验 公式 大都 是 对纯 水进行 研究得 出的 ， 对不 同类 型 的 钻 井液 ， 【 白于物 性 不 同 ， 式 中的 经验 系数 可能 会不 同。 研究 气泡 运 动特性 ， 首先 要对 其进 行受力 分析 ． 然后 建立 方程 求解 。在 这 只研 究 流体 中气泡沿 垂线
旦 （ ｓ 而 ７ ． ９ Ｊ ｍ 叫 … ｈ ＋ ７ ． ９ ３ 。 １
ｕ １ ． ４：
环空 气 泡 直 径 ｄ ≤３ ａｍ， ｒ 故 可 以认 为气 泡 在 运
（ ４ ）
、
￣ ） ｇ ｄ ｂ １ ＂ ６ Ｏ ， －ｏ Ｌ（
一
～
１３ ９ ．
Ｉ － ｐ ｌ 。 ・ ｕｌ 。 ‘
在紊 流 区 ， 气 泡 阻力 随雷 诺 数 的增加 而增 加 ， 经 验公 式计 算 ：
（ ４ ． ０ ２ Ｇ１ “ ＜Ｒ 。 ＜３ ． １ ０ Ｇｌ ￣ ＂ ｚ ５ 或１ ６ ． ３ ２ Ｇ１ Ｈ ‘ ＜
Ｇ， ＜ ５ ． ７５ ）
图 中各 参数 意 义如 下
收 稿 日期 ： ２ Ｏ Ｌ ４ 一ｌ １ —２ ０
１ ２
①重 力 Ｆ Ｇ Ｆ Ｇ ＝ｍｇ ＝ｐ ｇ ｇ Ｖ
０ １
ｕ 。 。 ＝ 】 ． １ ８ （ ￣ － ３ 。 （ ３ ． １ ０ Ｇ Ｉ － ０ ． ２ ５ ＜ Ｒ ｅ 或５ ． ５ ７ ＜
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Ｇ２ ）
（ ９ ）
Ｆ Ｉ ７ ＿ ＿ — ｏ ７ ｃ ｒ ｂ 。 （ Ｐ ｌ － ｐ ＝ ） 一去７ ｃ ｄ ｂ 。 （ ｐ ｌ － ｐ ｇ ） ｇ
ｕ。 。＝
吾 ｇ ｒ ｂ ｚ（ Ｒ 。 ＜ ２ ）
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（ ６ ）
（ ２＜ Ｒ ＜ ０ ．
（ ７ ）
ｕ 一 ０ ．３ ３ ｇ
４ ０ ２ Ｇ１ — ・ ‘ ）
一１ ・ ３ ５ ［ ］ ０ 。
（ ８ ）
图 １ 环 空 流 体 中 气泡 受 力 分 析 图
方 向上 的运动 规律 ， 所 研 究 的气泡 为单个 气泡 ， 不考
其中 ， ｃ ｎ 为 阻力 系数 ； ｆ ｔ 。 。 为气 泡 终速 度 ， ｍ／ ｓ 。 当气泡 在液 体 中所 受 的浮 力 与气 泡上 浮所 受到 的阻力 平衡 时 ， 即可 求 出气 泡上 浮 的终 速 度 。
（ １ ）
其中，
ｇｕ ｌ
ｕ ｌ一
， １
’ ｕ ２一
ｇｒ ｂ ｕ∞Ｐ ｌ 。
— — 一
其 中， ｒ 为 气泡 的 当量 半 径 ， ｍｍ； ｄ 为 气 泡 的
当量 直径 ， ｍｍ ； ｐ 为 钻井 液 密度 ， ｇ ／ ｃ ｍ。 ； Ｐ ｇ 为 气体 密
在 层流 区 ：
ｕ 一 ｇ ｄ （ ３ ）
虑 相 邻气泡 尾 流作 用力 的影响 。 ２ 环 空气 泡 上升速 度 模型 研 究 ２ ． １ 物理 方 程 的建 立
其中， － 为 流体 的粘 度 ， ｍＰ ａ・ ｓ 。 在过 渡 区 （ １ ＜Ｒ 。 ＜３ ０ Ｏ ）
内蒙 古石 油化 工
（ １ １ ）
一
２ ０ １ ５ 年第 ２ 期
其中， ｍ 为气 泡 的质 量 ， ｇ ； ｇ为重 力 加 速 度 ， ｍ／ ｓ ； Ｖ 为气 泡在 水 中的体 积 ， ｍｍ。 ； ？为气 泡 内气体 的
密度 ， ｇ ／ ｃ ｍ ；
锗 叶 一 一 … ｈ ＋ ７ ． ９ ３ １ ］ １ 警 Ｉ １ ｛ 瓮 ］
ｕ 。 。 一（ ２ ． １ ４ ａ ／ ￣ ｘ ｛ ｂ ＋０ ． ５ ０ ５ ｇ ｄ ｂ ） ／ （ ５ ）
动 过 程 中为很 规则 的球 形 ， 流体 中作 用 在 气泡 上 的 力 主要 有 以下 ３种 ， 见图 １ ：
根据 实验得 出与上 述 不 同 的一些 关 联式 如下
（ ２ ４）
②浮 力 Ｆ ｆ
Ｆ ｆ ＝ｐ ｌ （ １ —２ ４ ） 变换为：
ｖ ＝
⑧ 流体 对 气泡 的阻 力 ， 由 固体 颗 粒 在 钻井 液 中 沉 降 阻力 换 算 得 粘 性 阻 力 计 算 公 式 为 ： Ｆ 。＝
Ｃ Ｄ ｐ ｆ ｖ ２ ／ ２ （ １ ３ ）
２ ０ １ ５ 年第 ２ 期
内蒙 古石 油化 工
１ １
环 空 气泡 上 升 速 度 模 型 建 立研 究
王 鹏 志
（ 哈 尔 滨 石 油 学 院石 油 工程 系 ， 黑龙江 哈尔滨 １ ５ ０ ０ ２ ７ ）
摘 要： 气 泡在 环 空流体 中的上 升 运动 对 欠平衡 钻 井的设 计具 有很 重要 的意 义 。 绝 大 多数 情 况下钻 井 液属 于非 牛顿 流体 且有 着 复 杂 的流 变性质 ， 气泡在 环 空膨胀 运移 过程 中 ， 本 文真 对 于作 用在 上 升 气泡 上 的各种 力如 阻力、 浮 力和 附加 质 量 力等 因素 ， 建立 了环 空 气泡 上升 速度 模 型 ， 其 速 度 的 实验测 定 结果 相 差较 大 ， 流体 的性 质 对 阻力和 速度 的影 响很 大。 关键 词 ： 非 牛顿 流 体 ； 流 变性质 ； 膨胀 ； 气 泡
度， ｇ ／ ｃ ｍ。 。
ｕ ＝ ］ ． ５ ３ Ｅ ￣ ］ 。 Ⅲ（ ３ ． １ ０ Ｇ １ － － ０ ． ２ ＜ Ｒ 。 或 ５ ． ５ ７ ＜
Ｇ２ ） （ １ ０ ）
气 泡上 浮所 受 到 的阻力 为 ：
Ｆ ＝ １
７ ｃ ｒ ｂ ２ Ｃ Ｄ ｐ １ ｕ ２
中 图分类 号 ： Ｔ Ｅ３ １ ９ ． １ １ 气 泡运 移 基本计 算 模 型
文 献标 识 码 ： Ａ
文 章编 号 ： １ ０ ０ ６ —７ ９ ８ １ （ ２ ０ １ ５ ） Ｏ ２ 一ｏ ０ ｌ ｌ —Ｏ ３
按 照对 气 泡 受 力 的分 析 ， 气 泡 在 环 空流 体 中所 受 的浮力为 ：