化工原理仿真體系的制作

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本文作者：臧紅霞 單位：邢臺學院生物化學系

Flash動畫具有體積小、表現力強、支持音頻、交互性強等優點，廣泛應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，可以實現許多人機交互特效，但進行復雜的模擬過程和數據處理就力不從心了。以C#語言結合動畫軟件Flash，可開發出一種形象逼真、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，把各種設備和管道用flash畫出，再根據每一套裝置流程圖的要求，以真實、立體的效果來實現。

1.整體結構。實驗仿真系統的開發過程分為三個階段：實驗前的準備、實驗過程及數據記錄和數據處理。前兩個階段在Flash動畫制作軟件上完成，第三階段在VisualStudio2005軟件開發工具上完成，并且使用Ac-cess數據庫進行數據的存儲與交換。

2.仿真系統的實現。在計算機模擬化工原理實驗時，需要通過動態數學模型來模擬真實的實驗操作，該模型主要包括實驗指導、素材演示、仿真操作、數據處理、考題測試、幫助功能等內容。下面以離心泵性能測定為例詳細說明仿真系統的制作過程。在實驗準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，才可以點擊關閉水泵按鈕。為了使實驗更具有真實性，需設置閥門的流量控制，分為10個級別，可以逐漸增大或減小。運用VisualStudio.Net開發環境編寫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模擬課件時，可通過VisualStudio屬性窗口設置各種開發元素屬性如外觀、名稱等，且屬性窗口中顯示的內容，隨著選擇開發元素的不同而動態改變。利用VisualStudi“o工具箱”，可以向應用程序添加標準控件。在設置好窗體和控件后，利用Vi-sualStudio的代碼編輯器編寫程序代碼。在命令窗口中，可以直接輸入并執行各種命令，調試應用程序，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，開發人員需要對應用程序進行調試，查找錯誤的根源，以期達到設計要求。離心泵性能測定實驗涉及到流體流動、水泵運轉、儀表變化、閥門打開或關閉等動作，在仿真系統中通過Flash動畫來實現這些動作的動態效果，使整個實驗過程表現得更加真實。用Flash中的按鈕實現動畫交互效果，控制整個實驗的操作并對數據進行采集，同時將數據傳入C#，由C#對數據庫進行讀寫操作，然后作出離心泵特性曲線圖。

3.實驗數據產生及處理。化工原理實驗過程中往往要測定溫度、壓強、濃度、流速等數據，同時必須對這些參數進行整理和分析，并運用相關的理論公式進行計算，才能達到實驗預期目的。化工原理實驗實測數據多，繪圖耗時費力，計算公式復雜，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#語言設計數據處理程序。根據各化工單元操作理論建立數學模型，使仿真數據在實際操作的數據范圍內隨機產生，以保證每個學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果，更接近真實操作狀況。試驗完成后，點擊“記錄數據”按鈕，計算機會自動記錄數據，并在后臺進行數據傳遞，然后根據預先輸入的計算公式進行數據處理。數據處理后被保存到Access數據庫中，再通過調用，將數據輸出在DataGridView進行顯示，或據此數據繪制實驗曲線。

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的逐步完善提供了空間。首先水泵的開關按鈕是不可用的，必須在打開閥門以后，才能啟動水泵。當水泵與閥門同時啟動后，便開始灌水，在這期間禁用系統中所有的按鈕。待灌水過程結束，先關閥門再關水泵。點擊“開始實驗”按鈕，可以開啟下一個界面繼續實驗。先打開水泵，然后打開閥門，通過閥門調節流量級別，儀表數值會隨之變化。點擊“記錄數據”按鈕，將儀表的數值記錄在數據庫中。當數據記錄完畢，點擊“查看數據”按鈕，屏幕上顯示10組數據以及由公式計算得出的“揚程”、“有效功率”、“效率”數值。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。無論是實驗結束還是中途關閉實驗窗體，都將出現一個對話框以提示實驗者“是否保存當前數據？”操作者可根據提示對實驗數據進行取舍。

集合Flash動畫和C#語言優點開發的化工原理實驗仿真系統，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的效果，減少實驗設備投資和損壞，降低實驗投入成本，避免實驗事故的發生。計算機輔助教學，特別是計算機仿真實驗在化工教學過程中的應用，使學生接觸了一種全新的實驗手段，激發了學生學習的積極性和主動性，使學生創新意識得到培養，從而提高了整體教學質量。