Виртуальная (компьютерная) лабораторная работа по физике "Измерение вязкости жидкости"

Организация заказчика

ФГБОУ ВО Уральский государственный медицинский университет минздрава России.

Контакты представителя заказчика

Шабадров Павел Андреевич, ассистент кафедры медицинской физики, информатики и математики.

p.shabadrov@mail.ru, +79505424253

Название

Виртуальная (компьютерная) лабораторная работа по физике "Измерение вязкости жидкости"

Цель

Создание компьютерной программы, моделирующей работу капиллярного вискозиметра, применяемого в медико-биологических исследованиях, связанных с измерением вязкости различных жидкостей.

Описание проекта (Проблема)

Создаваемое в рамках данного проекта программное обеспечение должно решать следующие задачи:

1. Моделировать движение по капилляру жидкости с известным коэффициентом вязкости (согласно уравнению Пуазейля).

2. Содержать анимированную графику, максимально (насколько возможно) отражающую вид и работу реальных капиллярных вискозиметров (прежде всего, вискозиметра Гесса).

3. Иметь простой пользовательский интерфейс, удобное управление виртуальной установкой измерения вязкости, должна быть предусмотрена возможность выбора из нескольких вариантов жидкости, у которой надо измерить коэффициент вязкости.

4. Необходимо предусмотреть возможность многократного (от 5 и более раз) повторения виртуального измерения коэффициента вязкости с сохранением результатов в табличной форме и расчетом погрешности измерений.

Размер команды

2 человека – представители УГМУ и УРФУ

Роли и компетенции

1. Представитель УГМУ: роли – постановка задачи, контроль выполнения, тестирование полученного ПО, создание документации (описание и методические указания по проведению виртуальной лабораторной работы). Компетенции – знание основных законов гидродинамики реальных жидкостей, умение поставить задачу программисту и проконтролировать ее решение.

2. Представитель УРФУ: роли – создание математической модели и алгоритма компьютерной симуляции установки измерения коэффициента вязкости, создание ПО, реализующего разработанные алгоритмы.

Компетенции – владение методами математического моделирования физических процессов, умение создавать компьютерные программы, владение приемами программирования 2D (и, возможно, 3D графики).

Результат /
Продукт

Должно быть разработано ПО, имитирующее работу капиллярного вискозиметра, работающее под управлением ОС Windows 7 и выше.

Предлагаемые подходы к решению проблемы

1. С учетом выбранного пользователем типа жидкости производится моделирование ее продвижения по трубке. Аналогичные расчеты производятся для эталонной жидкости (воды), двигающейся по соседнему капилляру. Используется уравнение Пуазейля.

2. Задавшись определенным интервалом дискретизации по времени, определяется перемещение жидкости в трубках.

3. Производится визуализация движения жидкости по трубкам – или в 2D режиме, или, если возможно, с использованием 3D графики.

4. После остановки (по команде пользователя) движения жидкости по трубкам пользователем производится считывание данных об объемах вытекших жидкостей из обеих трубок и занесение их в таблицу результатов.

5. ПО производит расчет коэффициента вязкости испытуемой жидкости, помещая данные в ту же самую таблицу.

6. После неоднократного повторения подобных измерений (от 5 и выше раз) рассчитывается среднее значение коэффициента вязкости и доверительный интервал при заданной доверительной вероятности.