化工原理仿真体系的制作

本文作者：臧红霞 单位：邢台学院生物化学系

Flas具有体积小、表现力强、支持音频、交互性强等优点，广泛应用于实验演示或多媒体光盘的制作。Flash使用ActionScript语句，增强了对于交互事件的动作控制，使用户可以更精确、更容易地控制动画的播放。Flash软件倾向于简洁漂亮的动画过程，可以实现许多人机交互特效，但进行复杂的模拟过程和数据处理就力不从心了。以C#语言结合动画软件Flash，可开发出一种形象逼真、操作简洁的化工原理仿真软件。

一、化工原理仿真系统的制作

化工原理实验包括流体流动阻力测定、离心泵性能测定、传热、精馏、吸收与解吸、干燥、萃取等基本单元操作，分别由不同的仪器仪表和管道组合而成。在仿真软件中，把各种设备和管道用flash画出，再根据每一套装置流程图的要求，以真实、立体的效果来实现。

1.整体结构。实验仿真系统的开发过程分为三个阶段：实验前的准备、实验过程及数据记录和数据处理。前两个阶段在Flas制作软件上完成，第三阶段在VisualStudio2005软件开发工具上完成，并且使用Ac-cess数据库进行数据的存储与交换。

2.仿真系统的实现。在计算机模拟化工原理实验时，需要通过动态数学模型来模拟真实的实验操作，该模型主要包括实验指导、素材演示、仿真操作、数据处理、考题测试、帮助功能等内容。下面以离心泵性能测定为例详细说明仿真系统的制作过程。在实验准备阶段与实验开始阶段的Flas的制作过程中，考虑到实验步骤有先后，以及更好地做到人机交互，必须使用专门为Flash脚本开发的ActionScript语言。如点击水泵开启按钮必须在阀门开启以后才能启动，直至水灌满后，才可以点击关闭水泵按钮。为了使实验更具有真实性，需设置阀门的流量控制，分为10个级别，可以逐渐增大或减小。运用开发环境编写C#程序，可以通过拖动添加组件，并自动生成组件需要的代码。在制作化工原理实验模拟课件时，可通过VisualStudio属性窗口设置各种开发元素属性如外观、名称等，且属性窗口中显示的内容，随着选择开发元素的不同而动态改变。利用VisualStudi“o工具箱”，可以向应用程序添加标准控件。在设置好窗体和控件后，利用Vi-sualStudio的代码编辑器编写程序代码。在命令窗口中，可以直接输入并执行各种命令，调试应用程序，并通过在即时窗口的命令行中输入表达式或变量名，可以得到它们的值。编写程序过程中，难免会遇到一些错误，开发人员需要对应用程序进行调试，查找错误的根源，以期达到设计要求。离心泵性能测定实验涉及到流体流动、水泵运转、仪表变化、阀门打开或关闭等动作，在仿真系统中通过Flas来实现这些动作的动态效果，使整个实验过程表现得更加真实。用Flash中的按钮实现动画交互效果，控制整个实验的操作并对数据进行采集，同时将数据传入C#，由C#对数据库进行读写操作，然后作出离心泵特性曲线图。

3.实验数据产生及处理。化工原理实验过程中往往要测定温度、压强、浓度、流速等数据，同时必须对这些参数进行整理和分析，并运用相关的理论公式进行计算，才能达到实验预期目的。化工原理实验实测数据多，绘图耗时费力，计算公式复杂，有时甚至需要进行迭代计算，借助计算机辅助程序可圆满解决这些问题。在仿真软件中，通过C#语言设计数据处理程序。根据各化工单元操作理论建立数学模型，使仿真数据在实际操作的数据范围内随机产生，以保证每个学生在进行仿真实验时即使初始条件相同，也不会得到完全相同的实验结果，更接近真实操作状况。试验完成后，点击“记录数据”按钮，计算机会自动记录数据，并在后台进行数据传递，然后根据预先输入的计算公式进行数据处理。数据处理后被保存到Access数据库中，再通过调用，将数据输出在DataGridView进行显示，或据此数据绘制实验曲线。

二、操作过程及功能概述

主界面使用VisualStudioC#中的窗体，通过添加菜单栏来控制试验的选择。其特点是方便、简单易用，更重要的是为今后仿真系统的逐步完善提供了空间。首先水泵的开关按钮是不可用的，必须在打开阀门以后，才能启动水泵。当水泵与阀门同时启动后，便开始灌水，在这期间禁用系统中所有的按钮。待灌水过程结束，先关阀门再关水泵。点击“开始实验”按钮，可以开启下一个界面继续实验。先打开水泵，然后打开阀门，通过阀门调节流量级别，仪表数值会随之变化。点击“记录数据”按钮，将仪表的数值记录在数据库中。当数据记录完毕，点击“查看数据”按钮，屏幕上显示10组数据以及由公式计算得出的“扬程”、“有效功率”、“效率”数值。点击“绘图”按钮，可直接绘制出H-Q、P-Q及η-Q三条特性曲线。无论是实验结束还是中途关闭实验窗体，都将出现一个对话框以提示实验者“是否保存当前数据？”操作者可根据提示对实验数据进行取舍。

集合Flas和C#语言优点开发的化工原理实验仿真系统，具有界面直观、操作简单、支持人机交互、占用空间小等特点，能显著提高化工原理实验教学的效果，减少实验设备投资和损坏，降低实验投入成本，避免实验事故的发生。计算机辅助教学，特别是计算机仿真实验在化工教学过程中的应用，使学生接触了一种全新的实验手段，激发了学生学习的积极性和主动性，使学生创新意识得到培养，从而提高了整体教学质量。