化工原理仿真體系的制作

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本文作者：臧紅霞 單位：邢臺學(xué)院生物化學(xué)系

Flash動畫具有體積小、表現(xiàn)力強、支持音頻、交互性強等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于實驗演示或多媒體光盤的制作。Flash使用ActionScript語句，增強了對于交互事件的動作控制，使用戶可以更精確、更容易地控制動畫的播放。Flash軟件傾向于簡潔漂亮的動畫過程，可以實現(xiàn)許多人機交互特效，但進行復(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

化工原理實驗包括流體流動阻力測定、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、立體的效果來實現(xiàn)。

1.整體結(jié)構(gòu)。實驗仿真系統(tǒng)的開發(fā)過程分為三個階段：實驗前的準(zhǔn)備、實驗過程及數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)處理。前兩個階段在Flash動畫制作軟件上完成，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)庫進行數(shù)據(jù)的存儲與交換。

2.仿真系統(tǒng)的實現(xiàn)。在計算機模擬化工原理實驗時，需要通過動態(tài)數(shù)學(xué)模型來模擬真實的實驗操作，該模型主要包括實驗指導(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說明仿真系統(tǒng)的制作過程。在實驗準(zhǔn)備階段與實驗開始階段的Flash動畫的制作過程中，考慮到實驗步驟有先后，以及更好地做到人機交互，必須使用專門為Flash腳本開發(fā)的ActionScript語言。如點擊水泵開啟按鈕必須在閥門開啟以后才能啟動，直至水灌滿后，才可以點擊關(guān)閉水泵按鈕。為了使實驗更具有真實性，需設(shè)置閥門的流量控制，分為10個級別，可以逐漸增大或減小。運用VisualStudio.Net開發(fā)環(huán)境編寫C#程序，可以通過拖動添加組件，并自動生成組件需要的代碼。在制作化工原理實驗?zāi)M課件時，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，并通過在即時窗口的命令行中輸入表達式或變量名，可以得到它們的值。編寫程序過程中，難免會遇到一些錯誤，開發(fā)人員需要對應(yīng)用程序進行調(diào)試，查找錯誤的根源，以期達到設(shè)計要求。離心泵性能測定實驗涉及到流體流動、水泵運轉(zhuǎn)、儀表變化、閥門打開或關(guān)閉等動作，在仿真系統(tǒng)中通過Flash動畫來實現(xiàn)這些動作的動態(tài)效果，使整個實驗過程表現(xiàn)得更加真實。用Flash中的按鈕實現(xiàn)動畫交互效果，控制整個實驗的操作并對數(shù)據(jù)進行采集，同時將數(shù)據(jù)傳入C#，由C#對數(shù)據(jù)庫進行讀寫操作，然后作出離心泵特性曲線圖。

3.實驗數(shù)據(jù)產(chǎn)生及處理?；ぴ韺嶒炦^程中往往要測定溫度、壓強、濃度、流速等數(shù)據(jù)，同時必須對這些參數(shù)進行整理和分析，并運用相關(guān)的理論公式進行計算，才能達到實驗預(yù)期目的?；ぴ韺嶒瀸崪y數(shù)據(jù)多，繪圖耗時費力，計算公式復(fù)雜，有時甚至需要進行迭代計算，借助計算機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)在實際操作的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)隨機產(chǎn)生，以保證每個學(xué)生在進行仿真實驗時即使初始條件相同，也不會得到完全相同的實驗結(jié)果，更接近真實操作狀況。試驗完成后，點擊“記錄數(shù)據(jù)”按鈕，計算機會自動記錄數(shù)據(jù)，并在后臺進行數(shù)據(jù)傳遞，然后根據(jù)預(yù)先輸入的計算公式進行數(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進行顯示，或據(jù)此數(shù)據(jù)繪制實驗曲線。

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的選擇。其特點是方便、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，才能啟動水泵。當(dāng)水泵與閥門同時啟動后，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。點擊“開始實驗”按鈕，可以開啟下一個界面繼續(xù)實驗。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)值會隨之變化。點擊“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)以及由公式計算得出的“揚程”、“有效功率”、“效率”數(shù)值。點擊“繪圖”按鈕，可直接繪制出H-Q、P-Q及η-Q三條特性曲線。無論是實驗結(jié)束還是中途關(guān)閉實驗窗體，都將出現(xiàn)一個對話框以提示實驗者“是否保存當(dāng)前數(shù)據(jù)？”操作者可根據(jù)提示對實驗數(shù)據(jù)進行取舍。

集合Flash動畫和C#語言優(yōu)點開發(fā)的化工原理實驗仿真系統(tǒng)，具有界面直觀、操作簡單、支持人機交互、占用空間小等特點，能顯著提高化工原理實驗教學(xué)的效果，減少實驗設(shè)備投資和損壞，降低實驗投入成本，避免實驗事故的發(fā)生。計算機輔助教學(xué)，特別是計算機仿真實驗在化工教學(xué)過程中的應(yīng)用，使學(xué)生接觸了一種全新的實驗手段，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，使學(xué)生創(chuàng)新意識得到培養(yǎng)，從而提高了整體教學(xué)質(zhì)量。