化工原理仿真系統(tǒng)研究
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化工原理實(shí)驗(yàn)包括流體流動(dòng)阻力測(cè)定、離心泵性能測(cè)定、傳熱、精餾、吸收與解吸、干燥、萃取等基本單元操作，分別由不同的儀器儀表和管道組合而成。在仿真軟件中，把各種設(shè)備和管道用flash畫(huà)出，再根據(jù)每一套裝置流程圖的要求，以真實(shí)、立體的效果來(lái)實(shí)現(xiàn)。
1.整體結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程分為三個(gè)階段：實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)過(guò)程及數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)處理。前兩個(gè)階段在Flash動(dòng)畫(huà)制作軟件上完成，第三階段在VisualStudio2005軟件開(kāi)發(fā)工具上完成，并且使用Ac-cess數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與交換。
2.仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。在計(jì)算機(jī)模擬化工原理實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要通過(guò)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型來(lái)模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作，該模型主要包括實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、素材演示、仿真操作、數(shù)據(jù)處理、考題測(cè)試、幫助功能等內(nèi)容。下面以離心泵性能測(cè)定為例詳細(xì)說(shuō)明仿真系統(tǒng)的制作過(guò)程。在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段與實(shí)驗(yàn)開(kāi)始階段的Flash動(dòng)畫(huà)的制作過(guò)程中，考慮到實(shí)驗(yàn)步驟有先后，以及更好地做到人機(jī)交互，必須使用專門(mén)為Flash腳本開(kāi)發(fā)的ActionScript語(yǔ)言。如點(diǎn)擊水泵開(kāi)啟按鈕必須在閥門(mén)開(kāi)啟以后才能啟動(dòng)，直至水灌滿后，才可以點(diǎn)擊關(guān)閉水泵按鈕。為了使實(shí)驗(yàn)更具有真實(shí)性，需設(shè)置閥門(mén)的流量控制，分為10個(gè)級(jí)別，可以逐漸增大或減小。運(yùn)用VisualStudio.Net開(kāi)發(fā)環(huán)境編寫(xiě)C#程序，可以通過(guò)拖動(dòng)添加組件，并自動(dòng)生成組件需要的代碼。在制作化工原理實(shí)驗(yàn)?zāi)M課件時(shí)，可通過(guò)VisualStudio屬性窗口設(shè)置各種開(kāi)發(fā)元素屬性如外觀、名稱等，且屬性窗口中顯示的內(nèi)容，隨著選擇開(kāi)發(fā)元素的不同而動(dòng)態(tài)改變。利用VisualStudi“o工具箱”，可以向應(yīng)用程序添加標(biāo)準(zhǔn)控件。在設(shè)置好窗體和控件后，利用Vi-sualStudio的代碼編輯器編寫(xiě)程序代碼。在命令窗口中，可以直接輸入并執(zhí)行各種命令，調(diào)試應(yīng)用程序，并通過(guò)在即時(shí)窗口的命令行中輸入表達(dá)式或變量名，可以得到它們的值。編寫(xiě)程序過(guò)程中，難免會(huì)遇到一些錯(cuò)誤，開(kāi)發(fā)人員需要對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行調(diào)試，查找錯(cuò)誤的根源，以期達(dá)到設(shè)計(jì)要求。離心泵性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)涉及到流體流動(dòng)、水泵運(yùn)轉(zhuǎn)、儀表變化、閥門(mén)打開(kāi)或關(guān)閉等動(dòng)作，在仿真系統(tǒng)中通過(guò)Flash動(dòng)畫(huà)來(lái)實(shí)現(xiàn)這些動(dòng)作的動(dòng)態(tài)效果，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程表現(xiàn)得更加真實(shí)。用Flash中的按鈕實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)交互效果，控制整個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，同時(shí)將數(shù)據(jù)傳入C#，由C#對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行讀寫(xiě)操作，然后作出離心泵特性曲線圖。
3.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生及處理。化工原理實(shí)驗(yàn)過(guò)程中往往要測(cè)定溫度、壓強(qiáng)、濃度、流速等數(shù)據(jù)，同時(shí)必須對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行整理和分析，并運(yùn)用相關(guān)的理論公式進(jìn)行計(jì)算，才能達(dá)到實(shí)驗(yàn)預(yù)期目的。化工原理實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)多，繪圖耗時(shí)費(fèi)力，計(jì)算公式復(fù)雜，有時(shí)甚至需要進(jìn)行迭代計(jì)算，借助計(jì)算機(jī)輔助程序可圓滿解決這些問(wèn)題。在仿真軟件中，通過(guò)C#語(yǔ)言設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理程序。根據(jù)各化工單元操作理論建立數(shù)學(xué)模型，使仿真數(shù)據(jù)在實(shí)際操作的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生，以保證每個(gè)學(xué)生在進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)即使初始條件相同，也不會(huì)得到完全相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，更接近真實(shí)操作狀況。試驗(yàn)完成后，點(diǎn)擊“記錄數(shù)據(jù)”按鈕，計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，并在后臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，然后根據(jù)預(yù)先輸入的計(jì)算公式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理后被保存到Access數(shù)據(jù)庫(kù)中，再通過(guò)調(diào)用，將數(shù)據(jù)輸出在DataGridView進(jìn)行顯示，或據(jù)此數(shù)據(jù)繪制實(shí)驗(yàn)曲線。
二、操作過(guò)程及功能概述
主界面使用VisualStudioC#中的窗體，通過(guò)添加菜單欄來(lái)控制試驗(yàn)的選擇。其特點(diǎn)是方便、簡(jiǎn)單易用，更重要的是為今后仿真系統(tǒng)的逐步完善提供了空間。首先水泵的開(kāi)關(guān)按鈕是不可用的，必須在打開(kāi)閥門(mén)以后，才能啟動(dòng)水泵。當(dāng)水泵與閥門(mén)同時(shí)啟動(dòng)后，便開(kāi)始灌水，在這期間禁用系統(tǒng)中所有的按鈕。待灌水過(guò)程結(jié)束，先關(guān)閥門(mén)再關(guān)水泵。點(diǎn)擊“開(kāi)始實(shí)驗(yàn)”按鈕，可以開(kāi)啟下一個(gè)界面繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。先打開(kāi)水泵，然后打開(kāi)閥門(mén)，通過(guò)閥門(mén)調(diào)節(jié)流量級(jí)別，儀表數(shù)值會(huì)隨之變化。點(diǎn)擊“記錄數(shù)據(jù)”按鈕，將儀表的數(shù)值記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中。當(dāng)數(shù)據(jù)記錄完畢，點(diǎn)擊“查看數(shù)據(jù)”按鈕，屏幕上顯示10組數(shù)據(jù)以及由公式計(jì)算得出的“揚(yáng)程”、“有效功率”、“效率”數(shù)值。點(diǎn)擊“繪圖”按鈕，可直接繪制出H-Q、P-Q及η-Q三條特性曲線。無(wú)論是實(shí)驗(yàn)結(jié)束還是中途關(guān)閉實(shí)驗(yàn)窗體，都將出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框以提示實(shí)驗(yàn)者“是否保存當(dāng)前數(shù)據(jù)？”操作者可根據(jù)提示對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行取舍。集合Flash動(dòng)畫(huà)和C#語(yǔ)言優(yōu)點(diǎn)開(kāi)發(fā)的化工原理實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)，具有界面直觀、操作簡(jiǎn)單、支持人機(jī)交互、占用空間小等特點(diǎn)，能顯著提高化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，減少實(shí)驗(yàn)設(shè)備投資和損壞，降低實(shí)驗(yàn)投入成本，避免實(shí)驗(yàn)事故的發(fā)生。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，特別是計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)在化工教學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用，使學(xué)生接觸了一種全新的實(shí)驗(yàn)手段，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，使學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)得到培養(yǎng)，從而提高了整體教學(xué)質(zhì)量。
