化工原理8个实验【计算机仿真在化工原理实验中的应用】

来源:教学反思 发布时间:2019-10-09 00:36:22 点击:
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。

F l a s h 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。F l a s h 使用A c t i o n S c r i p t 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。

F l a s h 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F l a s h , 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f l a s h 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F l a s h 动画制作软件上完成,第三阶段在 V i s u a l S t u d i o 2 0 0 5 软件开发工具上完成,并且使用A c - c e s s 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F l a s h 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F l a s h 脚本开发的A c t i o n S c r i p t 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1 0 个级别, 可以逐渐 增大或减小。运用V i s u a l S t u d i o . N e t 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V i s u a l S t u d i o 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V i s u a l S t u d i 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V i - s u a l S t u d i o 的代码编辑器编写程序代码。

在命令窗口中, 计算机仿真在化工原理实验中的应用 臧红霞 (邢台学院生物化学系, 河北邢台0 5 4 0 0 1 ) 摘要:
在Wi n d o w s 操作系统下, 联合应用功能强大的C # 语言和F l a s h 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:
G 6 4 2 . 4文献标志码:
A文章编号:
1 6 7 4 - 9 3 2 4(2 0 1 2 ) 0 7 - 0 2 4 6 - 0 2 物理兴趣不是很高的学生,让他们也能从别人身上学 到动手动脑的能力, 看到别人取得的成果, 也激发了他 们的求知欲, 通过自己的尝试, 也会取得成功, 也能让 这些学生获得成就感,改变了他们对物理学科畏惧的 看法, 他们就能喜欢上了物理, 也能成为物理学科的佼 佼者。

三、 在课堂上给学生讨论交流的机会, 让学生的个 性得到发展 现代教育需要的是素质教育,而素质教育的核心 是创新教育。在教学过程中要求充分展现学生的主体 性, 发挥学生学习的积极性, 诱导学生主动获取知识, 学会创新,培养其创新意识和创造能力,让学生自由 地、 充分发挥其聪明才智。

从教师的 “启发” 到学生的 “自主” , 学生的学习过 程发生了质的变化, 在以往传统的教学中, 学生所学到 的知识是零零碎碎互不关联的,而在自主学习的过程 中, 教师是为学生创造条件, 给学生创造更多自主探究 的机会, 让学生充分表现自己, 自主学习是遵循 “人本” 理念的,学生是一个个积极能动的、活生生的生命个 体, 具有充分发展个性的需要。自主学习, 强调学生的 学习是一种真正的 “内在” 的学习。学生在物理实验过 程中, 可以多次将自己的想法和同学交流、 沟通, 培养 思维能力。学生在自主学习的有效时间和空间里共同 去研究、 探索、 发现, 使自己的综合能力得到很好的发 展。

综上所述, 在素质教育大环境下的教学, 必须是能 促进学生全面发展,以全面提高学生的基本素质为根 本目的的教学, 这就要求教师必须充分认识到:
在教学 中教师只是为学生提供自主学习条件、尽可能使学生 走向成功的引导者, 而不能包办、 代替学生学习。学生 自始至终都应该是学习的主人。

---------------------------------------------- 【实验平台】 246-- 自2 0 0 6 年起, 浙江大学开始按大类招生, 按照 “宽、 专、 交”(宽———宽口径, 厚基础;

专———专业学习更深 入, 更具有研究性;

交———交叉复合型的知识结构) 和 “知识、 能力、 素质并重” 培养体系的要求, 遵循 “以人为 本、 整合培养、 追求卓越、 求是创新” 的教育理念, 重新 调整本科教育培养计划和课程,淡化专业,按大类培 养。学生在校期间广泛接触各类知识, 构筑宽厚的学科 基础, 以利于与国际接轨, 更好地适应当今科学技术的 发展, 适应知识经济的挑战。大类招生的教学模式符合 社会经济发展对人才要求的多样化、 综合化的趋势, 具 大类招生下的大学化学实验 张嘉捷, 何巧红, 雷群芳 (浙江大学理学院西溪校区化学系, 浙江杭州3 1 0 0 2 8 ) 摘要:针对大类招生后的教学形势,笔者对大学化学实验的教学内容和教学理念做了一些思考并进行了总 结, 以期获得良好的教学效果。

关键词:
大类招生;

化学实验;

实验教学 中图分类号:
G 6 4 2 . 4文献标志码:
A文章编号:
1 6 7 4 - 9 3 2 4(2 0 1 2 ) 0 7 - 0 2 4 7 - 0 3 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F l a s h 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F l a s h 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A c c e s s 数据库中, 再通过调 用, 将数据输出在D a t a G r i d V i e w 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V i s u a l S t u d i o C # 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1 0 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F l a s h 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。

参考文献:
[ 1 ] 胡涛, 吴彩金, 王辉, 等. 采用V B 开发化工原理实验仿真系统 [ J ] . 大庆师范学院学报, 2 0 0 7 , 4(2 ) :
9 9 - 1 0 2 . [ 2 ] 胡涛, 陈传平, 冯良东, 等. V B 结合F l a s h 制作化工原理离心泵 实验C A I 课件[ J ] . 宁波工程学院学报, 2 0 0 7 , 6(2 ) :
5 7 - 6 2 . [ 3 ] 颜红侠, 张教强, 张秋禹, 等. 仿真技术在化工专业生产实习 中的应用[ J ] . 2 0 0 3 , 1 2(1 9 ) :
1 0 5 - 1 0 6 . [ 4 ] 姚飞, 杜俊琪, 戴治海. 仿真技术在化工原理实验中的开发 与应用[ J ] . 实验技术与管理, 1 9 9 0 . 7(3 ) :
3 6 - 3 8 . [ 5 ] 卫静莉, 李晓红. 化工原理实验仿真功能设计及教学探讨[ J ] . 实验室研究与探索, 2 0 0 6 , 2 5(1 ) :
4 4 - 4 6 . [ 6 ] 刘凯. 计算机仿真技术在化工教学中的应用[ J ] . 计算机与网 络, 科技信息, 2 0 0 9 ,(8 ) :
1 8 0 . 作者简介:
臧红霞 (1 9 7 0 - ) , 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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