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科普实验单元-能源利用命题

一、考察目标

机械结构设计、流体力学、创意及判断性思维、产品设计流程、动手能力、团队合作、自主学习、临场应变、项目管理、人际沟通。

二、命题背景

风能是地球表面空气流动所产生的动能,属于可再生能源。人类很早就开始利用风能,如利用风力提水、灌溉、磨面、舂米,用风帆推动船舶前进等。14世纪的欧 洲,风车成为不可缺少的原动机,在荷兰风车先用于汲水,以后又用于榨油、锯木、纺织等。现在风能作为一种清洁的可持续能源,已经成为除水能外,技术最成 熟、最具有规模化开发条件和商业发展前景的发电方式。

三、命题介绍

要求参赛队伍自选材料设计并制作一个装置,使其可利用风能做到逆风行驶并负重,比赛分为初赛、复赛、决赛三个阶段。
初赛:自选材料设计并制作一个装置,使其可利用风能做到逆风行驶并负重。
复赛:将装置带到组委会指定地点参加比赛。比较装置在相同逆风条件下(单一风源)负重前进的速度,速度快者取胜。

四、初赛

a)限制条件
i.风能必须由固定风源提供。
ii.参赛队伍自行选择材料设计制作装置,自重不做限制。
iii.装置长度<1米,宽度<0.5米,高度<1米。具体风能利用方式不做要求,但除去风源提供的风能,装置不得携带任何其他能源。
iv.装置在行驶过程中不能改变尺寸。
v.参赛设计作品不得抄袭,实验结果不得伪造,违者一经查实,将取消参赛资格。
vi.作品扇叶面最大直径不得大于40cm,扇叶,数量不限。
vii.参赛作品无安全隐患。
b)作品提交
i.初赛由各校参赛团队自行开展。参赛团队在设计制作装置及进行测试的过程中,应对制作、实验过程进行拍摄,对实验数据进行记录,并完成《初赛作品模板》,实验结束后,将测试视频和《初赛作品模板》上传到大赛官方网站。(下载《初赛作品模板》
ii.《初赛作品模板》须按照要求填写,不可漏填、虚报等。
iii.参赛团队应遵循诚实守信原则,保证所提交内容均来自实验本身,保证数据真实。
c)入围标准
评审委员会专家根据参赛队伍实验结果(综合考虑前行距离和负重结果)和作品设计结构,评选出入围队伍。

五、复赛

a)限制条件
i.风能来自组委会统一提供的轴流风机,比赛过程中不得变更该风机位置、风机角度和风速。轴流风机参数:输入功率≈245W;扇叶直径≈500mm;风量≈6500m³/h;风压≈165Pa;风机轴距地高度:0.5米。
ii.参赛队伍自行选择材料设计制作装置,自重不做限制。

iii. 装置长度<1米,宽度<0.5米,高度<1米。具体风能利用方式不做要求,但除去风源提供的风能,装置不得携带任何其他能源,亦不得借用其他能源。
iv.赛道由组委会统一制作,赛道长度2米,赛道宽度1米,安全线距离赛道0.2米。赛道位于风源的正前方,平铺在地板上,风源距离赛道终点0.75米。

v.装置在行驶途中不能改变尺寸。
vi.装置最前端必须从起跑线由静止状态出发。出发时,选手不得以任何方式触碰比赛装置,直至完成比赛。
vii.当工作人员启动风机时,即开始计时;比赛装置的任意部分越过终点线时,即停止计时。
viii.装置上须设置40cm*40cm的平台用于安置承重杠铃片。平台必须牢固稳定,可经受杠铃片压力。杠铃片需完全放置于平台范围内,不得出现外缘悬空现象。
ix.装置负重的杠铃片由组委会统一提供,规格为20kg的杠铃片2片(直径40cm,厚度5.5cm)。
x.作品扇叶面最大直径不得大于40cm,扇叶数量不限。
xi.参赛作品无安全隐患。
b)复赛比赛
i.比赛当日参赛队伍须携带制作完成的装置到现场比赛。
ii.各参赛队伍抽签决定比赛顺序,按顺序依次进行比赛。
iii.参赛队伍自行将比赛装置最前端摆放至指定起始位置。
iv.由工作人员启动风机并开始计时,比赛完成后,以装置负重完成赛道全程的时间作为当次成绩;每支队伍比赛时间为10分钟,10分钟内每队可进行3次测试,若3次测试都未完成比赛全程,则视成绩为0。
v.在完成赛道全程的前提下,取单次最好成绩作为比赛成绩。
c)评选标准
所有参赛队伍比赛结束后,根据参赛队伍用时判定名次。若出现两队成绩相同者,装置自重较轻者取胜。

六、决赛

a)限制条件
i.风能来自组委会统一提供的轴流风机,比赛过程中不得变更轴流风位置、角度和风速;风机出风口不可超过安全线。轴流风机参数:输入功率≈245W;扇叶直径≈500mm;风量≈6500m³/h;风压≈165Pa;风机轴距地高度:0.5米。
ii.参赛队伍自行选择材料设计制作装置,自重不做限制。

iii. 装置长度<1米,宽度<0.5米,高度<1米。具体风能利用方式不做要求,但除去风源提供的风能,装置不得携带任何其他能源,亦不得借用其他能源。
iv.赛道由组委会统一制作,赛道长度2米,赛道宽度1米。风源共有2个分别位于赛道两侧,布置方式见下图。
v.装置在行驶途中不能改变尺寸。
vi.装置最前端必须从起跑线由静止状态出发,出发时参赛者不得以任何方式触碰比赛装置.直至完成比赛。
vii.当工作人员启动风机时,即开始计时;比赛装置的最前端越过终点线时,即停止计时。
viii.装置上须设置40cm*40cm的平台用于安置承重杠铃片。平台必须牢固稳定,可经受杠铃片压力。杠铃片需完全放置于平台范围内,不得出现外缘悬空现象。
ix.装置负重的杠铃片由组委会统一提供,规格为20kg的杠铃片3片(直径40cm,厚度5.5cm)。
x.作品扇叶面最大直径不得大于40cm,扇叶数量不限。
xi.参赛作品无安全隐患。
b)决赛比赛
i.比赛当日参赛队伍须携带制作完成的装置到现场比赛。
ii.各参赛队伍抽签决定比赛顺序,按顺序依次进行比赛。
iii.参赛队伍自行将比赛装置最前端摆放至指定起始位置。
iv.由工作人员启动风机并开始计时,比赛完成后,以装置负重完成赛道全程的时间作为当次成绩;每支队伍比赛时间为10分钟,10分钟内每队可进行3次测试,若3次测试都未完成比赛全程,则视成绩为0。
v.在完成赛道全程的前提下,取单次最好成绩作为比赛成绩。
c)评选标准
所有参赛队伍比赛结束后,根据参赛队伍用时判定名次。若出现两队成绩相同者,装置自重较轻者取胜。

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