化工原理仿真體系的制作

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本文作者：臧紅霞 單位：邢臺(tái)學(xué)院生物化學(xué)系

Flash動(dòng)畫具有體積小、表現(xiàn)力強(qiáng)、支持音頻、交互性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)演示或多媒體光盤的制作。Flash使用ActionScript語句，增強(qiáng)了對于交互事件的動(dòng)作控制，使用戶可以更精確、更容易地控制動(dòng)畫的播放。Flash軟件傾向于簡潔漂亮的動(dòng)畫過程，可以實(shí)現(xiàn)許多人機(jī)交互特效，但進(jìn)行復(fù)雜的模擬過程和數(shù)據(jù)處理就力不從心了。以C#語言結(jié)合動(dòng)畫軟件Flash，可開發(fā)出一種形象逼真、操作簡潔的化工原理仿真軟件。

一、化工原理仿真系統(tǒng)的制作

化工原理實(shí)驗(yàn)包括流體流動(dòng)阻力測定、離心泵性能測定、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)、立體的效果來實(shí)現(xiàn)。

1.整體結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)的開發(fā)過程分為三個(gè)階段：實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)處理。前兩個(gè)階段在Flash動(dòng)畫制作軟件上完成，第三階段在VisualStudio2005軟件開發(fā)工具上完成，并且使用Ac-cess數(shù)據(jù)庫進(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)，需要通過動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型來模擬真實(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、考題測試、幫助功能等內(nèi)容。下面以離心泵性能測定為例詳細(xì)說明仿真系統(tǒng)的制作過程。在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段與實(shí)驗(yàn)開始階段的Flash動(dòng)畫的制作過程中，考慮到實(shí)驗(yàn)步驟有先后，以及更好地做到人機(jī)交互，必須使用專門為Flash腳本開發(fā)的ActionScript語言。如點(diǎn)擊水泵開啟按鈕必須在閥門開啟以后才能啟動(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)置閥門的流量控制，分為10個(gè)級別，可以逐漸增大或減小。運(yùn)用VisualStudio.Net開發(fā)環(huán)境編寫C#程序，可以通過拖動(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VisualStudio屬性窗口設(shè)置各種開發(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。編寫程序過程中，難免會(huì)遇到一些錯(cuò)誤，開發(fā)人員需要對應(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、閥門打開或關(guān)閉等動(dòng)作，在仿真系統(tǒng)中通過Flash動(dòng)畫來實(shí)現(xiàn)這些動(dòng)作的動(dòng)態(tài)效果，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程表現(xiàn)得更加真實(shí)。用Flash中的按鈕實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫交互效果，控制整個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作并對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，同時(shí)將數(shù)據(jù)傳入C#，由C#對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行讀寫操作，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)過程中往往要測定溫度、壓強(qiáng)、濃度、流速等數(shù)據(jù)，同時(shí)必須對這些參數(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題。在仿真軟件中，通過C#語言設(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)庫中，再通過調(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、操作過程及功能概述

主界面使用VisualStudioC#中的窗體，通過添加菜單欄來控制試驗(yàn)的選擇。其特點(diǎn)是方便、簡單易用，更重要的是為今后仿真系統(tǒng)的逐步完善提供了空間。首先水泵的開關(guān)按鈕是不可用的，必須在打開閥門以后，才能啟動(dòng)水泵。當(dāng)水泵與閥門同時(shí)啟動(dòng)后，便開始灌水，在這期間禁用系統(tǒng)中所有的按鈕。待灌水過程結(jié)束，先關(guān)閥門再關(guān)水泵。點(diǎn)擊“開始實(shí)驗(yàn)”按鈕，可以開啟下一個(gè)界面繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。先打開水泵，然后打開閥門，通過閥門調(diào)節(jié)流量級別，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)提示對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行取舍。

集合Flash動(dòng)畫和C#語言優(yōu)點(diǎn)開發(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。