虛擬動畫技術(shù)在輸氣管道教學(xué)中的應(yīng)用實例,現(xiàn)代教育技術(shù)論文

虛擬動畫技術(shù)在輸氣管道教學(xué)中的應(yīng)用實例,現(xiàn)代教育技術(shù)論文近年來，由于具有高熱值、儲量大、低碳環(huán)保等優(yōu)點，天然氣在一次能源中所占的比例不斷加大。1987年，四川建成的北半環(huán)管道與南半環(huán)管道相接構(gòu)成我們國家第一個區(qū)域性天然氣管網(wǎng);1997年，陜京輸氣管道投產(chǎn)，成為我們國家天然氣管道追趕世界先進(jìn)水平的起點;2004年西氣東輸天然氣干線建成投產(chǎn)，標(biāo)志著我們國家油氣管道工程建設(shè)水平跨入世界先進(jìn)行列;2018年西氣東輸二線干線建成投產(chǎn)，管徑1219，設(shè)計輸量300108m3/a，在世界范圍內(nèi)初次大規(guī)劃模采用X80鋼。2020年中緬油氣管道建成投產(chǎn)，通過中貴線把中緬天然氣管道和西氣東輸系統(tǒng)連接在一起，同時溝通了新疆地區(qū)、長慶氣區(qū)和四川氣區(qū)聯(lián)絡(luò)的通道。我們國家天然氣管道總里程已超過3．1104km，基本構(gòu)成油氣管網(wǎng)格局。在這樣的背景下，輸氣管道設(shè)計與管理成為油氣儲運工程專業(yè)最重要的專業(yè)課程之一。1輸氣管道課程簡介油氣儲運是一個綜合性的學(xué)科，上到礦場石油天然氣開采、運輸，下到煉廠碼頭石油產(chǎn)品的煉制及儲存，都屬于儲運涉獵的范圍。輸氣管道課程的學(xué)習(xí)目的是使學(xué)生全面把握天然氣的物性計算和工藝處理方式方法及設(shè)計，壓氣站布置等，故需要以一些必修課程為基礎(chǔ)。如天然氣基本熱物性的計算牽涉工程熱力學(xué)、物理化學(xué)的知識，天然氣傳輸經(jīng)過的溫度變化規(guī)律和熱力計算牽涉?zhèn)鳠釋W(xué)的知識，天然氣輸送經(jīng)過中的水力計算、管輸工藝的設(shè)計牽涉流體力學(xué)的知識。輸氣系統(tǒng)主要包括三個大類:礦場集氣、干線輸氣和城市配氣。而輸氣管道課程的基本內(nèi)容也是按天然氣從上游到下游的所牽涉的計算進(jìn)行講述。首先介紹天然氣物理化學(xué)性質(zhì)的計算及凈化工藝。然后由質(zhì)量守衡、能量守衡和動量定理推導(dǎo)天然氣管流計算的基本方程，由基本方程總結(jié)推導(dǎo)出輸氣管在各種工況下的水力計算，由能量守衡和熱力學(xué)定律推導(dǎo)輸氣管的溫度分布和熱力計算，介紹水合物的構(gòu)成機(jī)理和抑制經(jīng)過，根據(jù)壓縮機(jī)的工作原理給出輸氣站的工作特性，根據(jù)輸氣管的工況特點和輸氣站的工作特性分析運行參數(shù)變化對工況的影響并對壓力站的布置與參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。最后介紹城市配氣系統(tǒng)的水力計算及配氣管網(wǎng)的設(shè)計。23Dmax和flash虛擬動畫技術(shù)3Dmax全稱為3DStudioMax，是Autodest公司開發(fā)的基于PC系統(tǒng)的三維動畫渲染和制作軟件。其應(yīng)用范圍很廣泛，如游戲動畫、建筑動畫、室內(nèi)設(shè)計、影視設(shè)計等。3Dmax在場景設(shè)計方面具有獨到的優(yōu)勢。十分是借助VＲ燈光設(shè)置，使得它在室內(nèi)設(shè)計和遨游獲得廣泛的應(yīng)用。而在建模方面，除了能夠?qū)肫渌＼浖?如Solid-work、AutoCAD、Maya)的模型之外，3Dmax還內(nèi)置三種建模技術(shù):網(wǎng)格MESH建模、多邊形POLY-GON建模、面片PATCH建模、NUＲBS(非均勻有理B樣條線)建模。這三項技術(shù)能夠相互轉(zhuǎn)換，各有優(yōu)勢。Flash是一款矢量動畫制作軟件，以流式控制技術(shù)和矢量技術(shù)為核心，對影片進(jìn)行剪輯。Flash動畫制作軟件的界面分為四個部分:(1)舞臺。在視頻的回放經(jīng)過中，顯示圖形、按鈕、視頻、文字等內(nèi)容的位置，以方便調(diào)整視頻中的界面內(nèi)容。(2)時間軸。顯示圖形及其它元素的時間，方便調(diào)整舞臺上各個內(nèi)容的時間長短和分層順序。(3)庫面板。顯示flash文檔中媒體元素列表的位置。(4)ActionScript。向flash文檔的媒體元素添加交互式內(nèi)容。3虛擬動畫技術(shù)在輸氣管道教學(xué)中的應(yīng)用實例輸氣管道的課程牽涉的一些內(nèi)容比擬抽象，且在日常生活中不易見到。借助虛擬動畫技術(shù)能夠形象地展示這部分內(nèi)容。如利用3Dmax建模技術(shù)模擬水合物的構(gòu)造模型、壓縮機(jī)的構(gòu)造原理，管道運行的泄漏工況，輸氣站的平面布置;利用flash動畫制作展現(xiàn)天然氣節(jié)流效應(yīng)的原理，天然氣的分離、除塵、脫水、脫酸工藝，天然氣水合物的構(gòu)成機(jī)理，管道的首站壓力、末站壓力變化對沿線壓力分布和管線輸量的影響及壓縮機(jī)組部分或全部停運、管道定期分氣集氣對運行工況的影響。以天然氣水合物(簡稱水合物)為例。水合物是輸氣管熱力計算的一部分內(nèi)容，教學(xué)中的構(gòu)思分為微觀和宏觀兩個方面。微觀上分析水合物構(gòu)造模型和構(gòu)成機(jī)理，宏觀上分析水合物的構(gòu)成條件并總結(jié)預(yù)防水合物構(gòu)成的措施。在這部分教學(xué)環(huán)節(jié)中，基于3Dmax建立水合物構(gòu)造模型，基于flash制作水合物構(gòu)成經(jīng)過動畫。3．13Dmax建模天然氣水合物是天然氣與水在一定的溫度和壓力下構(gòu)成的一種外觀像冰的籠形化合物。但水合物的晶體構(gòu)造與冰不同。當(dāng)前已確定的天然氣水合物晶體構(gòu)造有I型、II型和H型3種類型。I型構(gòu)造由2個小籠6個大籠組成，小籠為正五邊形的十二面體，大籠為12個正五邊形和2個正六邊形組成的十四面體。II型構(gòu)造由16個小籠和8個大籠組成，大籠為12個正五邊形和4個正六邊形組成的十六面體。H型構(gòu)造由3個小籠、2個中籠、1個大籠組成，大籠為12個正五邊形和8個正六邊形組成的20面體，中籠為3個正四邊形、6個正五邊形、3個正六邊形組成的12面體。利用3Dmax中的多邊形建模，建立所需要的多邊形，然后借助移動、旋轉(zhuǎn)、捕捉、縮放等輔助工具將多邊形拼接組合，最后利用attach命令合并模型。如此圖1。每個籠子的模型建立完畢之后，為了方便觀察和學(xué)習(xí)，能夠利用3Dmax的場景動畫和燈光設(shè)置，使每個模型在演示的時候自動緩慢地旋轉(zhuǎn)，可以以手動控制旋轉(zhuǎn)角度?！緢D1.略】3．2flash動畫制作在水合物中，水分子作為主體通過氫鍵網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成不同形式的籠子，而氣體分子作為客體被包絡(luò)在籠中。一個籠子只能包容一個氣體分子，它們之間通過范德華力互相吸引，構(gòu)成穩(wěn)定構(gòu)造。天然氣的構(gòu)成機(jī)理能夠總結(jié)為3個經(jīng)過:(1)氣體分子在水中溶解。(2)水分子以氫鍵構(gòu)成籠子，與靠近它的氣體分子結(jié)合，構(gòu)成穩(wěn)定的水合物晶核。(3)水合物晶核構(gòu)成后晶體繼續(xù)增長。通過flash的繪圖工具繪制每個階段的構(gòu)造圖，然后利用遮罩、補(bǔ)間動畫、逐幀動畫等功能虛擬出水合物構(gòu)成的經(jīng)過。如此圖2?！緢D2.略】隨著天然氣管道管網(wǎng)的發(fā)展，輸氣管道的重要性日漸突出。輸氣管道的教學(xué)內(nèi)容大多為施工類，對在校的學(xué)生來講，平常很難有時機(jī)到現(xiàn)場學(xué)習(xí)，而3Dmax和flash虛擬動畫技術(shù)在一定程度上解決了這個困擾。作為輔助教學(xué)工具，虛擬