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摘 要：在Windows操作系统下,联合应用功能强大的C#语言和Flash软件,开发化工原理实验仿真和数据模拟处理系统,具有快速、简单、人机交互,真实模拟实验步骤等特点.本文论述了开发仿真系统的方法及其应用于化工原理实验教学的优势,指出在化工原理实验教学中开展仿真实验将成为教学改革的新方向.

关 键 词：仿真系统；化工原理；编程；实验教学

中图分类号：G642.4文献标志码：A文章编号：1674-9324（2012）07-0246-02

化工原理课程的实践教学涉及化工生产中的单元操作,由于实验室仪器设备和教学时数的限制,难以做到以学生为主体,学生动手能力训练效果不佳.将实验原理、实验现象、实验过程及数据处理与计算机技术相结合,通过计算机模拟实验装置的仿真操作软件是一个很好的教学辅助手段,能够很好地弥补实践教学中的不足.Flash动画具有体积小、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Flash动画制作软件上完成,第三阶段在VisualStudio2005软件开发工具上完成,并且使用Access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Flash动画的制作过程中,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VisualStudio.Net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VisualStudio“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VisualStudio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Flash动画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.

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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Flash动画和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

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作者简介：臧红霞（1970-）,女,邢台学院生物·化学系,讲师,工程师,毕业于同济大学化学系应用化学专业.

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