На кафедре
Технологии воды и топлива (http://twt.mpei.ac.ru/home.htm) Московского энергетического института
(ТУ) разработана «Энциклопедия физико-химических технологий ТЭС». Помимо
обучающих курсов и справочно-информационных ресурсов в ней содержатся расчетные
программы, охватывающие свойства воды и растворов, применяющихся в
водоподготовке, водоподготовительное и теплообменное оборудование, водные
режимы. Большая часть расчетов выполнена в среде Mathcad. Эти программы являются открытыми, то
есть пользователи видят исходные данные, применяемые формулы и методику
расчета.
В
чем заключается преимущество подобных программ?
Фирмы-производители
водоподготовительного оборудования и материалов зачастую имеют свои программы.
С их помощью можно рассчитать различные схемы с применением новых материалов и
оценить выгоду нововведений. Но эти программы закрыты для энергетиков. Причины,
в основном, две: кодирование алгоритмов в традиционных языках программирования
понятно только программисту; кроме того, программа может содержать секретную
информацию фирмы, «ноу-хау», и производители неохотно дают исходные тексты.
Поэтому, иногда результаты вычислений воспринимается скорее как рекламная
информация.
Документы,
выполненные в пакете Mathcad
наглядны. Они как будто написаны на листе бумаги (в руководстве для
пользователей это называется worksheet).
Формулы представлены в привычном для инженеров и научных работников виде. Имея
возможность просмотреть методику расчета, пользователь будет доверять
полученным результатам. Пример такого документа представлен на (рис. 1).
С
другой стороны, если нет необходимости показывать все вычисления, отдельные
области расчетов можно скрыть и даже защитить скрытые области паролем. При этом
невидимые нам формулы все равно участвуют в расчете. Такой прием необходим,
например, для защиты формул от изменений или для того чтобы сделать недоступной
частную информацию производителей.
Расчетные
программы энциклопедии проиллюстрированы графиками. В среде Mathcad можно создавать двухмерные графики в
декартовых и полярных координатах и трехмерные графики — поверхности,
столбчатые, точечные графики, линии уровня. Иногда сами результаты расчетов
удобнее представлять в графическом виде, например при вычислении
термодинамических констант и функций (рис. 2, 3).
В
расчетах мы работаем с размерными величинами. В пакете Mathcad есть предопределенные переменные,
хранящие единицы физических величин и общепринятые обозначения распознаются
средой. По умолчанию в среде используется система СИ, но мы можем менять
системы измерения, а также вводить свои собственные, пользовательские,
размерности (рис.4). Программа автоматически пересчитает и даст результат в
других единицах измерения. Соответствие размерностей отслеживается, тем самым
мы избегаем ошибок и в самих расчетах и при вводе данных.
Безусловно,
мы не ограничиваемся простыми расчетами. Mathcad Professional позволяет составлять программы. Mathcad-программы с точки зрения программиста
представляют собой подпрограммы-функции, которые могут возвращать в качестве
результата число, вектор или матрицу. В качестве примера на (рис.5) представлен
расчет процессов известкования и коагуляции, на (рис. 6) — результат —
зависимость рН от дозы извести. В программе вертикальной чертой разделяются
циклы, внутри которых помещаются ключевые слова, переменные, функции. Написание
математических выражений остается традиционным. Сама программа напоминает
скорее алгоритм решения задачи и остается понятной для прочтения.
Надеемся,
что описанные выше преимущества открытых программ станут весомыми доводами в
пользу их широкого использования при выполнении расчетов в энергетике.
Mathcad-программы
по расчету процессов водоподготовки можно «скачать» с FTP-сервера по адресу: ftp://twt.mpei.ac.ru/ochkov/VPU
Литература:
1. Мартынова О.И., Никитин А.В., Очков В.Ф. “Водоподготовка: Расчеты на персональном компьютере”. М.: Энергоатомиздат, 1990, - 216 с. (http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/VPU_PC/index.htm)
2. Очков А.В., Утенков В.Ф., Орлов К.А. “Теплотехнические расчеты в среде Mathcad”. Журнал “Теплоэнергетика”, 2’2000. с. 73-78. (http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/trenager/tren/Mathcad/Mathcad.htm)
3. Очков В.Ф. Раздел 5.5.2. «Решение инженерно-технических задач в среде Mathcad» справочника «Теплоэнергетика и теплотехника» Кн.1. М.: Изд-во МЭИ, 1999 (http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/Chapter_5_5_2/Chapter_5_5_2.htm)