（计算机应用技术专业论文）化工过程视景仿真的研究.pdf

杰馘建工丈学硬士研究生毕业论文 摘要 计算枫图形技术是一个十分热门盼研究方向。将冀应用于仿 真系统中，使计算税辫澎按木与仿真技术稠缡台，燕当箭极其发 展前景的成用领域。困此，本课麒的研究开擞，对化工企业的安 全、离散然产及大员臻口等其有爨大意义。 本文在对化工过程这一复杂聚统的特点谶行认真分析的基础 上，对应用o p e n g l 实现化工过程视景仿真进行了深入系统的研究。 本文首先蠲述了讫工道槎程景仿真_ 及o p g l 缒鎏奉藏念；萁敬， 提出了荆用面向对象的分析和设计方法，建立仿真中化工设备的数 学模型，避j 童装的继承瞧，实现设签数学漠型浆裳层次络姆。第三， 耀 研究了幂q 用o p e n g l 实现三维化工场景窝实感图形的显示方 法；第四，以燃烧炉为对象开发了交互式的税景仿真软件。 奉程帮莲在徽橇w i n d o w s 2 0 0 0 澡捧系统下，叛v i s u a lg + + 幸管为 开发平台o p = n g l 诲个可删e 阁形包来实现的，界面设计简单、 赢理，使用方便，易修敬、翕扩充。为进步变现复杂蚓敦工过程 褫景仿真| 瞅了思路秘陡型。 美毽谪：计赛撬蓬澎技术o p e n g l 化工过程褫景傍囊 面向对象 太胤理工大学碗士研究生毕业论文 a b s tr a c t s t u d yo fc o m p u t e rg r a p h i c st e c h n o l o g yi si ng r 。a tr e m a n d r e c e n t l y i ti st h e q u i t ep r o s p e c t i v ea p p l i c a t i o nd o m a i nt h a ti n c o r p o r a t i o nt h e c o m p u t e rg r a p h i c st e c h n o l o g yw i t hg i m u t a t i o nt e c h n o l o g y h e n c e ，t h e s u b j e c to ft h ea p p l i c a t i o no ft h ec o m p u t e rg r h i c st e c h n o l o g yi nt h e c h e m i c a lp r o c e s sv i s u a ls i m u l a t i o ni sn o v e l i ti sm e a n i n g f u lf o ri m p r o v i n g t h es e c a r i t y , p r o d u c t i v i 可a n de m p l o y e et r a i n i n g0 f c h e m i c a le n t e r p r i s e s t h ep a p e rh a sd e l v e di n t ot h ed l e m i c a lp r o c e s sv i s u a ls i m a l a t i o o 女i 鳝 o p e n g lb a s e do nt h ed o l i b e r m e l ya n a l y z i n gt h e0 0 m p l i c a t e dc h e m i c a l p r o s s t h em a i na s c o m p t i s h r n e n t sc 糊b es u m m a r i z e da sf o l l o w s ( 1 ) e x p o t m d i , l gt h eb a s i cc o n c e p to f u t i l i z i n g 按。印m p 撕g r a p h i c st # c h n o l o g ? t or e a l i z et h ev i s u a l d i s p l a yo ft h ec h e m i c a lp r o c e s s ，n a m e l yv i s u a l s i m u l a t i o n ；( 2 ) r a i s i n gt oe g a b l i s hm a t hm o d e lo fs i m u l m i o nc h e m i c a l d e v i c e sw i t ht h em e t h o d so fo o pa n do o da n dr e a l i z i n gt h e c l a s s h i e r a r c h ya r c h i t e c t u r eo fd e v i c em a t hm o d e lt h r o u g hc l a s si n h e r i t a n c e ；( 3 ) r e s e a r c h i n gt h ed i s p l a ym e t h o d so fr e a l i z i n g3 dc h e m i c a l8 c o n ew i t h o p e n g l l a s t l y , d e v e l o p i n g t h ev i s u a ls i m u l a t i o ns o f t w a r ea b o u t c o m b a s t i o no v e n 8 u n d e rw i n d o w s 2 0 0 0 ，t h eg o 蠹强琢撑w a gp r o g r a m m e dw i t hv i s u a lc + + o p e n g lg r a p h i cp a c k a g e ，i ti sc o n v e n i e n tf o rn e ea n de a s yt om o d i f y i n g a n de x p a n d i n g i tp r o v i d e st h o u g h ta n dm o d e lf o rf u r t h e rr e a l i z i n gt h ev i s u a l s l m n l a i o n 。f l l | # # 荦l l 轮dc h e m i c a lp r o c e s s = 苎媲些! 生兰塑i ! | ! ! 兰兰：! 曼些堕：! ! 兰 k e y w o r d s ：c o m p u 【e rg r a p h i c st e c h n o l o g y ；o p e n g l ；c h e m i c a lp r o c e s s v i s u a ls i m u l a t i o n ；o b j e c t - o r i e n t e d 3 太蛆删t 人学枷l ：o p i f 生毕业论业 绪论 1 1 计算机图形学的发展概况 轧计算机圈形学已进入维时代二维图形存人们川九所小 在。魅力无穷的汁簟7 ：机广告，扣人心坛的i i 维游戏，声势汁人、震撼 人心的影视特效，无一4 i 是三维图形大显身手的得意之作。 计算) 0 l t , j 视化、汁算机动画和虚拟现实已成为近年术计算机劁形学 的三大热门话题，而这三大热门话题的技术的核心是三二维醐形。、f j h ， 三维图形在仿真培训，军事、航空、医学、化工、地质勘探、c a d c a i 和艺术造型等方面有着十分广泛的应用。 在计算机发腰初期，人们就丌始从事计算机图形的丌发。“到汁 算机硬软件和计算机图形学高度发达的几十年代，人们发现复杂的数 据以视觉的形式表现时是晟易理解的，因而三维图形得以迅猛发展， 于是各种三维图形工具软件包相继推出，如p h i g s 、p e x 、r e n d e r m a n 、 o p e n g l 等。这些一! 维图形工具软件包有些侧重于使用方便，打些侧畦 于渲染效果或与应用软件的连接，但没有冲 三维| i 具软件也住交f 式三维图形建模能力、外部设备管理以及编程方便程度l 能够o p e n g l 相比拟。o p e n g l 为实现逼真的三维渲染效果、建立交互的一维景脱捉 供了优秀的软件l 其。o p e n g i n ：将人们带入三维世界，已成为hj i 的 三维嘲彤门。发枷i 准。 a 胤删1 人q - l * i 州，洲一毕业论史 1 2 计算机仿真技术 跨算撬耱拜技奎楚+ 门尉瑙跨箨鞔镁：摸援安断王 ：笺逡纷辩学2 炙 骑的技术，它j 钉经济、蜜川、譬个、j 靠、炙 ，l 、ir j l 多次m 堑使川 等优点。它魁以数学f e 沦为塘础，以治群桃为i 5 舔f j ，刹川系统悭 ，担对宴精：确缄设想羽系统进行实验磷究的门综合托接求。 近些年来，随着计算机软、硬件技术的b 速技腱，汁算机仿北也 璐芗麸装毽嵇囊自霹羧 芑铱龚笈聪鹣魑势，臻舆过程o 鳃繁救，我 化已成为外发仿真系统的关键谍题之。 l j 视化仿真技术是计算机图形技术和系统建模控术槲结合历膨成的 一糖新墅仿龚技术，把仿真系统的模藏和计算过稳描述簿受蠢聪、受 形象，使仿真的结果更易于理解和分析，从而方便了决策，并能达到 越位龚系统鞠交互控联。瓣薅与往统鹣基于离级语i i 编程驰羧髓仿典 榭比，可视亿仿真具有迅遥、高效、盥观、形象的特点。 ，3 迭菇薛鹜：襄 随着现代化学工业的迅速发展，化工过程仿真培训系统j f 谯成为培 剃现 绝工厂羯经工a 摹l 技本人婪静一穗重要手段。它翡成鲻对 二爨赢 q ：产效率和保诫安全生产都具有极其氯要的意义。似在我国观行的化 1 过程仿真培训襄统中，操作站的现场模拟小真实，画面比较简单。 l i 滤绘入以身瞒其境的感鬣。为迸一步逼真遣再耀实酥理璐静生产话 况羊订 耍设备敷其周围环境，产生了视景仿真。视精仿真是指将仿盛 系绫瓣运热拔潍鼙三磅形象缝鹾蠛覆a 嬲蕊# ，蹬搽络丸煲震j 决策太醛罄 a n 耻r 人学坝1 究生毕业论业 剑仿贞，粜和运行过剃的定悱，定 f ；= 槲结合的l 【脱j i i 小，比如：物荆的返 输，躞笛的运转、i j 停，设备的结构，屯j “：过程等。它能为操作人抛吱州 提供进行现场操作的虚拟景象，使现场操作人员的感和心维活动j = c 入仿贞踏i i ，“形蒙的时窄f i 扶得生动的感订的体蛉，从i m 进步 埔姓仍奥培洲效粜。们往现t r 的化r 过f 仿兵培训化1 过袱仿“培 洲系统系统的牲础i ：迫切婴求实脱仿真的视景；叮说化。 1 4 选题的意义 用计算机图形技术实现化1 ：过程仿真系统的视擐显示非常订意 义。它可将仿真过程和结果用非常逼真的连续画面表现出来，给人以 身临其境的“真实”感觉，使仿真工作者可以根据画面变化及时跟踪 和调整相应的仿真过程，达到交控制的模拟效果。如在化工过程仿 真培训系统中，过程视景仿真通过形象地描绘生产现场的j 作情景，帮 助操作人员熟悉现场各主要生产装置的外形和功能，同时通过模拟” 车、停车以及事故的操作处理，帮助操作人员掌握】f 确的现场操作方法， 提苛他们的操作水平和熟练程度，为保i ：实际生产的顺利进行打下良好 的基础。且通过对现场的模拟仿真，能确定生产的可行性方案，从i m 能更有效、更经济地、柔性灵活地组织生产，使工厂和车州的和臂史 加合理，以达到产品的”发周期和成本的屉小化、产品质量的最优化、 生产效率的晶高化。因而本课题的研究具有重要的意义。 1 50 p e n g l o p e n g l ( o p e ng r a p h i c sl i b a r a y ) 是m i c r o s o f t 、s g i 、i b m 、d e c 、 衄州f 大学坝i 研究1 毕业论丈 s u n 、h p 等多家世界若私公州廿ig l 的坫础i ：联余推“ 的个通川j 1 一的盯放式二维h 形软仆也。实际 j 也址个j 艇什见天的软什接f ( a p i ) 。它独：j 窗i 】系统和擞f 1 ：系统，n ：多汁竹机公d l 纤把o p e n g l 集成到扦利窗i 】年操作系统h 1 5 10 p e n g l 的特性 o p e n g l 作为j 1 发i 移植的变j 式2 d 和3 d 例形心川槲序的阿选 环境，从1 9 9 2q ：至今已经j j 兑为最r 泛使 h 和受剑最多支持的2 d = 手i | 3 d i 鹌彤应用程序接【j ( a p i ) ，现已有成丁 j - ) j 的应刖程序运行n 各种符 样的平台上，包括e 行训练、影视广告、c a d c a m 、游戏娱乐、阪学 成像，计算机动画和虚拟现实等。这蝗当然都与它的优良特性分小” 的： 图形质量高、性能好。 标准化。o p e n g l 是难一真i f | 丌放的、独立于供应商的、跨平 台的图形标准。 稳定性。o p e n g l 已经在各利；平台上应用了8 年多的时问，它 具有明确丽良好的规范，并具有向后兼容性，使现有的应h 程序4 二会 落后。 可靠性和可移植性。在o p e n g l 兼容的任何螋件上，小管使用 什么操作系统，同一个应用程序的显目i 结粜均相例。 叮扩展性。通过o p e n g l 的扩展机制，可以利用a p i 进行功能 的扩充。 叫扩充性。基于o p e n g la p i 的程序能够运行舀：从消辨i 乜器到p c 太蟓删i 学唧! i 】j 究牛仁业沦支 机、从l ：f 1 ：计剖超级计算机j 二。 蜴川性。o p e n g l 函数j 订 盥的逻攀 性j l ：笈嚣i i f 以凭旧避 j ：麓i 维琢景。其它萄形程痒毽翎院，o p e n g l 随吲程序的代 i l ；数 少。此外o p e n g l 封装了有天丛水1 i 5 ! 什的信息，使 发行尤j j 针时 l l 体的硬t ：进暂f 躲鞋计。 1 5 2o p e n g l 的底层特征 o p e n g l 建个过程性谢非描述性勺 封形a p i 。它包括了1 2 0 个搿 形函数，低层化了县体的图形绘制算法例如要绘制条随线，我们j 翥绘懑瑗点羲堡梅调瑁o p e n g l 绘翱巍线熬函鼗帮可，嚣不妊去考虑 它的绘制的算法。这样”发者只调用这些甬数就呵以建立羔维模型 和进 亍三维实时交互。从褥极大地节卷了开发者的时问艇高了软件l ： 簸效益。 长期以来，从事三维图形丌发的拄术人员都4 i 得不在自己的程序 中编写缒蜂交挟、癸酃设备访蛔等氆数，为调刳遮些与垂已熟软件秀 发目标关系并币斗分密切的姻数费臃筋，而o p e n g li f 是提供一种直 观的编程环境，它提供的一系列函数大大地简化了! ! 维图形秘序。例 弼： o p e n g l 提供+ 系列的三维图形啦元供开发行调h j - o p e n g l 挺供系列的图形变羧添数 o p e n g l ，提供一一系划的外部设备访问函数，使开发者可以方便 地访m 鼠标、键盘、空蒯球、数捌手套等。这种随观的二二维嘲形丌发 环竣馋臻了o p e a g l 豹按零优势，这盘楚l _ = 多三簿麓形玎笈兹热衷l ： 掀理i j 人学倾f ：t o l 究巾i # 业沦史 ，5 3 送撵o p e n g l 的必要毪 o p e n g l “ot 2 被认为足岛性能斟形和交l j 挑撤处理f n 枷i h i ：，它 罗旃扳嚣计嚣税潮膨学琢瑙漤酾藉蔽，宅i 白建攥、壹按、黻色校式 设霄、光照用i 利质设置、纹理映射、能删l i , j , du 般缓p 功i i ! l j 博l 人功 能。霉：l = 光学鞠程觉原理，非常适台税景傍真系缆。辈fo p e n g 舱 一i 维仿真具有如f 的优越饿： l 琏模力使。o p e n g l 小仪提供罐本的三维儿何苏素e 成函数，眦 提供了丈量关爹点、线、纛疆致n u r b s 莲线麴巍等基本强，搽撵函 数，闱之- 叮以构建相当复杂的几何造型，以满足三维仿真的造型需要。 2 + 实时的二二维仿真。出予o p e n g l 吲时提供了颜色缓存、源度缓存、 模援缓存、禁积缓存等基j j 双缓存技术的动画揉佟甬数往访嶷麻拜j 群 序设计的算法点简币| ，极大地提高了动态仿真的帧盟示速度，使寅时的i 维镑囊瓣鞋实瑗。 3 高度的真实感显示。o p e n g l 还提供了大量的着色、光照、景深、 阴影、混合、消隐、反走样、明暗处理、材质处理、图象处理、纹理映 射、深度捡潞等秘辘函数绦诞了三维铸煮图形显示其宵高度静嶷变感。 4 程序的独立性。o p e n g l 是与硬件、视窗和操作系统相蜢独赶的 困嚣王维臻真利序f f 娃完全独立1 二程崧期操作系绞之上，猿典稚痔的设 计可丰纣应划分为5 个层次：图形硬件、操作系统、窗翻系统、o p e n g l 和 三维仿真程序。 5 + 巍! 净的遵羽牲与可移麟健。囊手o p e n g l 蹩减垂鑫誊| t 栎难说蠡 a 抓州i 凡坝l 删宽。：毕q k 硷卫 和擞f 1 ：系统、0 i h 蜘id o s 、w i n d o w s 9 5 、w i n d o w s n t 、u n i x 等，i h 此j r o p e n g l f nu i 孛f t 协蜒1 2 p r 良好f f j 通 j f 1 ，r f 稽l r t 。 ；t j 毙，o p e n g l 的这燕簏力为宴骜琏渔龚钓j 维滚染效聚、建抗空 j l n 0i 维场景抛供了优秀的软件i 。o p e n g l 搬供了强人的抽迷脱 吏黔崧装物均功能，通过醴莲毙游、铷体誊毒厦翱涮猁环境，；t l 以，i - 戏 小季( 如眷、夏、秋、冬) 、4 ；州。候( 如 艟人、列入) 、小对 刎( 如啦晨、r 1 一、傍晚) 的视攒。通过这些功能可以创建个卜分 逶樊麓傍龚环筏，学羹嘲戳或察到瑟：懿援景会兆冬天躲竞照强，；l ， q - l l f 刘的视景的环境会比早晨的亮。山此t i - 见，o p e n g l 。非常近合微 机环境f 化：t 过程税最傍嶷系统的开发。 1 6 本文的研究内容及其主要工作 奉交的醑究内容及萁工佟主要围绕疆下，l 个穷蕊菇，i ： 1 计算机图彤学技术。通过o p e n g l 研究计算机图形学技术存化： ： 过稳褫景谤粪串鲍癍舞l 。 2 实体的建模技术。即场景中实体的几何建模和仿真设备的数学逢 模。并对这两种建模方法进行了一定的研究。 3 嚣形囊安惑拄来。对o p e n g l 这个疆形较纷毽绘涮化工殇景其 有真灾感图形的方法进 子了深入的研究。 4 证工过程援景傍真系统鲍软传实现。跌燃烧炉为对蒙，垂：强搬 w i n d o w s 2 0 0 0 撩作系统f ，基fo p e n g l 阁璐撵，用v c + 十编程柬虫 现。 7 脓删f ：尺学坝卜f 究生毕业论文 第二章化工过程视景仿真的实体建模 2 1 化工场景的视景特点 螫避 j 讫l i 过程税袋馋嶷尊先盛缓疆究纯i + 凝釜稳特点。蟊j 纯。 上q p h 化工现场比较复杂，仃吐备、管道、仪嵌艇j 虏等等。采川m 国对象的分析方法+ 将化一：过程的剃繁所要描述的觋场r t 螂一扛婴对缘 n 纳为二i 大炎。一类是生产装置，生甏是机械装鬻。它) 己分为静i ：醴 备如管线、塔、反应釜等和转动设备如泵、压缩机、电机及调肖阀等； 一炎跫耱鞋，龟瑟蒙辩、串阕产品秘疑终产品等；是一类疑地理自然 景物，如蓝天臼云、树术、厂房等。 2 。2 实嚣建撩豹类鼙 山化工场景的祝景特点知，本课题仿真的实体模型分为两种：儿 蔼模型( 物曩妻模受) 和数学攘壁。j l 辩援壁跫描述实律斡静缆特住， 即实体的形状和尺寸大小。它是可视化实际场景的第一步工作；数学 攒囊是描述 七王过程中设罄的连在犍性，如凌设器鲍质量平簿矗礁、 能麓平衡方程等，有了数学模型才能对过程单元成过程系统分析求解 即模拟。它是t 矗真技术中最关键的一步，其建立的好坏直接影响仿地 熬绉鬃。 昧删ij 、蛐i 删饨也毕业适卫 2 3 化工场豢中三维实体的几何建模 确：亿l ：场景巾，实俸艟终鹱援鬟院鞍堑杂，彳| w 蕊剃体，戴钉夺缓 则体，计j ：删则体，如塔，按热器等使川简，p 的形体自f 合米构量韭比较 容秘，艇越夺燃体，翔采，蝴| l 、j 蟛等鉴龚实梭织物体姆彤态，辘 比较艇杂了。 二维实体儿何建模是整个税疆虚拟过程中重燮的步，点拨影响 到场攒豹真宴与嚣。因戴蘩生成遥真罄、商的酾豫。首党要，| ：躐商质篮 的一i 维实体模型。 瓣嚣挺到o p e n g l 其蠢建模秀蠖蕊麓力，毽宅j 挺镞点、线、多 边彤等基本的图形单元，不提供描述类似汽车、e 机、泉及阀门等复 杂形体的图形擞作岖数。因此对于特别复杂的物体建模就比较蝌难了。 f 而介绍一f 化工场景中三绻实体建模的互种方法。 2 3 1 利用0 p e n g k 图甄传构建三维实体 在o p e n g l 中，提供了基本儿何削原( 点、线、匝) 的绘制，但 没有把趋线馋为，k 舞图甄，翳么妇褒绘涮物俸瓣臻线帮鼗囊睨? 焚实 在理论上，任何光滑的曲线，曲面都可以用小线段成小多边蟛( 一二】 形) 避 娃得到，近似曲线或龋蕊的小线段或小多地形越多，则掰剑的 曲线娥曲丽就越平滑，绘制的物体就越嶷实。 爪胤，“1 人t i ! ! if l j | 究生毕q k 睦 i e j 知i i lo p e n g l 挺供的j j 、l 、线、等j 。小i 蝌“就, 口f z q 缱f t 复杂的文体。，例如n ：化j ，场艇1 ，仃微多蝶艏引我们就l ，j 以就利 篓篓兰! = ! ! = = 二 jo p e n g ，的蓼本俐，亡对其建模，绘制| 粜如图3 - l 所“i 。 剐3 2 3 2 刹用o p e n g l 辅助瘁的一戡茧数来创建趣则的三维 实体 存o p e n g l 辩辅助痒中，摇供了t - ) l 。个绘涮一i 缭实体模型的蛹数， 划列挂、阗锥、球体、多嘲体、鹈躯等。这u 筋r 社的模犁通过o p e n g l 魏，l 褥交换念令( 警穆、旋转、缀救) 缀i 食奁一起米稳遗援蜊麓复杂 的二维实体模型。例如本应用耗! 序中的燃烧炉就是刺_ l _ f j 此种方i ：；建模 的。其部分鳊程代码如下： v o i dc m y b y s j v i e w ：d r a w l n c i n e r a t o r ( ) g l u q u a d r i c o b j 4q u a d o b j ；n 定义醛讲矧表 恻托 g l n e w l i s t | wg l c o m p i i ，f a 昧删1 人4 擘i l j ；! f l 州，：毕北论立 q u a d o b j 2 9 l u n e w q u a d r i c 0 ； g l u q u a d r i c d r a w s t y l e ( q u a d o b j ，g l uf i l l ) ； g l u q u a d r i c n o r m a l s ( q u a d o b j ，g l u s m o o q 、h ) g l u c y l i n d e r ( q u a d o b j ，0 6 ，0 6 ，io ，1 6 ，1 6 ) ； g l e n d l i s t o ； 台钏： g l n e w l i s t ( 2 ，g lc o m p i l e ) ； q u a d o b j ：g l u n e w q u a d r i c o ； g l u q u a d r i c d r a w s t y l e ( q u a d o b j ，g l u f i l l ) ； g l u q u a d r i c n o r m a l s ( q t m d o b j ，g l u s m o o t h ) ； g l u c y l i n d e r ( q u a d o b j ，0 6 ，0 4 ，0 2 ，1 6 ，1 6 ) ； g l e n d l i 叫) ； 扇形 g l n e w l i s t ( 7 ，g l _ c o m p l l e ) ； q u a d o b j = g l u n e w q u a d r i e 0 ； g l u q u a d r i c d r a w s t y l e ( q u a d 0 5 j ，g l u f i l l ) ； g l u q u a d r i c n o r m a l s ( q u a d o b j ，g l u s m o o t h ) ； g l u p a r t i a l d i s k ( q u a d o b j ，0 3 0 1 ，1 6 ，1 6 ，00 ，9 0 ) ； g l e n d l i s t o ； g l p u s h m a t r i x o ； 8 场景中俳置物体的位胃 太胤j ! _ i 。人学恤i i 叶究生牛业论文 g l t r a n s l a t e f ( 一05 f , 08 l 0 o n ： g l r o t a t e f ( 9 0 o f a o f , o o f , o 0 0 ； l f i i 燃烧炉 g l p u s h m a t r i x 0 ； g l c a l l l i s t ( 5 ) ； b m i 筒体 g l c a l l l i s t ( 1 ) ； g l t r a n s l a t e f ( 0 o l o o f , 1 0 f ) ； g l c a l l l i s t ( 2 ) ； g l t r a n s l a t e f ( 0 o f , o o f , o 2 0 ； g l c a l l l i s t ( 3 ) ； g l t r a n s l a t e f ( o o f , o o f , o 8 f ) ； g l c a l l l i s l ( 4 ) ； 画管道 g l t r a n s l a t e f ( 0 o f oo f o 2 0 ； g l c a l l l i s t ( 6 ) ； g l t r a n s ! i a t e f ( 0 2 l o o f o5 0 ； g l r o t a t e f ( 9 0 o f a o f , i o f , o o f ) ；e r r o r g l c a l l l i s t ( 7 ) ； g l t r a n s l a t e f ( 0 o l o o f , o 2 0 ； g l r o t a t e f ( 9 0 o f , o o f , o o f a o ： g l c a l l l i s t ( 8 ) ； 2 a 砾雕l ：凡学彬! l 制 宄生# 业论史 g l p o p m a t r i x 0 ； 2 3 3 利用3 d s 模型 雏然o p e n g l 其舂建模淹力，出”焚j 提口蘩奉瓣，0 俺黼琢穰 口b 辅助黼数建模。此其小足之处对j ：比较复杂的实体建校却比毂川 难，矧为搂型越笺杂，窒翊蕊、线鼗疆越多，困囊鲻蟛绘捌速墩越攫， 对运行环境要求就越高。必颁在图像品质 j 速度之州进行折嵌。t f _ l 刚 像鼎威麓绘制物体就不真实。 娩时，晓较好的方法是采稍专韭三维建模软件米实现，如m u l t i g e n ， 3 ds t u d i om a x ，a u t oc a d 等，它们创建三维模型的过程是非常简i 尊 毂，燕攫锻靛手令久豹美末骖葬。毽这叉窍个薪闲戆，羲楚莠= 缝建 模软件的格式是器不相同的，不能直接为o p e n g l 的应程序所渊用， 这就涉及到模型数攒的转换勰题。需专用蚋模型转化软件。 3 ds t u d i om a x 是一个功能非常强大的三缝横型和动商制作软 件，它不仅提供j 维嘲络模型豹建立，还能进行模型的光照、纹婵处 理以致关键簸动骚等，它挺供躺基本攘鬟，变形处理工具、b e z i c r 鞠 线和曲衙工具等，可以创建非常复杂的三兰维模型和三兰维场景。尤其足 e 较蟹絷豹纯工蛹娥：设备、蜚道、趣门、坟表等等级横交叉。剃3 d s 建模怒鼹理想的工 。 刹h3 d s 创建实体模型( 如阀门) 后，可以利用模型转换。r ：贝 v i e w 3 d s ( 3 d s l u d i ot oo p e n g lf i l ec o n v e r l e r ) 实现3 d s 模型至o p e n g l 筷 太胤j i i i1 、人学坝i ：l o i 究i c 毕业论文 ，秘什勺转换。阿先3 d s t u d i om a x 输粥3 d s 梭j 鹌，i f 川转换i ：j 将j 0 转换为o p e n g t 。数批模璎，e 成州个c 语。；，个足g l 义仆，侏存 较，镬瓣顼，童数稚，个怒h 交件，保存模型柏l i | 羧攥、瓣藏俯忿，醢 发q - ：p & 模型的o p e n g l 娃求列投，供错蛭娃1 i 泼模型的年l i ! 博洲川。1 j 过辩l 譬娥瓣c 语；程笋秘麴黪蔽印 莓瘴嚣j 。 聊日遗憾，山j 本人时m y j l j f d ，在水应用私序1 1 没 f 对更多复杂 实体和整个化工场景进行建棋，所以没冉蚓3 d s 去建模以技避行迎深 的探讨，本人今瓣将致力完成这项i 。作。 2 。4 仿真中设备的数学模型的建立 仿真是对系统数学模型的实验，可以醴仿真技术实质就燃建立数 学摸型、实验。强鼗建立数学模型憝耱囊的第一步，迮是关髓黪步。 化 过程怒一个具有多层次结构的复杂系统。每个具体的化：】：过 程都有自身的特点和规律，但是它们又有很多的热性。如为褥一个过 程建立其数学援型，是璜蘩瑚且难醴扩展的工作，如能拙出化一过程 中的公共的行为和属性形成通用的模型，对于个具体的化：f ：过程就 可敬强毙为搂教，孬添麓遴一个其 搴纯王避程特有酶疆 ! ! ! 群锤为，甄 而构造出一个具体过程的模型。 2 4 ， 嚣每辫象麓揍囊建模瑟懋 蕊向对致的思慈关键楚在_ _ ：l 二对所描述的对象群的公共将鑫的提 a 胤理“r 人学坝i 圳w ，i 牛址沧立 取，这一过槲称为对絮抽魏。j c i 的n 汀集t ，对浆的i 二笙特扰川以 ，j ； 定埘致，作为描述此类对缘的堆础待襞；谯这胀恕丛铫l ：，铆7 1 - m 数粼赉 | 豫积数制射装的概念。这两个概念手誓麓懿缘这。过稼 ；，。夸， 心j 。数州铃_ f ! l ! 的范畴：数捌f 1 ：为埘象f 阿堋性“舀：，i ：； j 婴指定i f 以计 数搬逡行瓣攥纷。这糖- 个宠墼趣瓣琢剡* q ) t t 对教裁象t 续稳秘豫) ， 数拂：抽琢( 属性抽缘) 和数据操作( 瞒性服务) 3 部分构成。 继承的娥! i l j 描述了趱象个体的绷谴特征和埘琢群的公特祉的笑 系，这种关系通过宴环过程中豹多惑挂_ i ；以实现。 l j | 此面向对蒙技术可为仿真提供新的技术和方法。刈。t 二动态的连 续攀爨4 ，盎发耋| 三7 某个事傍孵( 纯学艇暾) ，霉蘑淡怠遂镗变羧。涉整 到拥有定状态的对象及使状态发生变化的操作、消息等概念，这1 j 蕊向对象技术的特征相吻台。仿真技术与面向对象技术均寻求问题的 求躺空闯，对阏遂空阚熬一静模掇与霞攘躞射，它们的本溪怒。致韵。 计辣机仿真直接针对现实世界的某个体系统建横而面向对象技术 则遴过了一种懿好敢建模方式，姆它翻结合起柬，无疑是存熬盼，应 用此种方法对予构造复杂纯工系统模避( 数学模型) ，描述方便、结构 清晰，为化工仿真提供了脊利的工具。 2 4 2 化工过程豹分类结构 粟翔囱瓣浆技术进辖系统曩：发，壤基车箱鬣熏要戆= 球藏楚类静 设计与丌发。樊有基类、派生类，派纯类是从个或多个蕊黉中继承 函数和数据，义新增了自身的数据和行为。从而形成了类的层次结构， 类投麓液捧弼菠硬了纯王过程的貔象缀鞴。 a 衄挫1 ”人学坝i 。州允f 牛业论史 作化1 一过私中，根孰 ：我们对q 物的汉口! ，从躲削：剑抽裂的，i 仁， 人们时系统的认u 池经历了从系统一琏穰啦，c 一物$ ： ，能艟段4 1 i 、l 衡 扮越蠹! ，褥臻台传统鹣数学建模身法，穆捕逮鹈纯i 过程袋弱对象l 纳为：物流类、自【分类、，社几类即设帑装霄类，如泉、换热； ；炎、塔 类、燃烧妒类等等。l r l il i j 蚺炎义抽皱废二i 个j 钉夸l 埘层次沟炎：质 叠l ，衔单元类；质量、镌羹平衡单元类；质量、能鲢及年1 t 衡币，c 炎。 f t 将所有化f ：过程共有的性质抽致m 一个“基础化l 类”，一包含了 讫一l ：瓣象的输入臻出接口、肇醢接冀等，也是每个健l _ 粒壤郝 l 器趋 特点。化工类的胺次结构如r 圈2 - l l 肇础他r 骥l a 1 分类质量f 撕串，l 类物崩l 类 7 弋。 分藕e 器粪| 采类蕊鬻能量、r 衡荦，“类 | 老档堂程台器类疆嚣，照量琏档、 船簪b 类 鼍薅l 垒接热器曩 ， i 冉招变混。瓣类 蘧用塔类l有丰r 变换热 | ；类 ，气 i 精馏塔畿l ， 粥j 菩类i 管a 燃烧炉尝i 潮2 _ l 纯 势类器趺结鞫 单元和系统都可以通过各种形式的继承，再加入本身特点的拙 述快速生成熟辩嘲过程豹数学模型，大大链纯7 建模所蠢冁的繁堆 太原胖下人学倾衅究e 牛业论立： 工干l ：。 【 f 此_ f j 】见，化 蹬备且羔然种类繁多1 ：l 我们，u 以采j | j f f i f f 以肿皱自【 蓼 形式，采j | j 继礅、派生、黯装等特点建囊不朝设备鞠数学较帮，从 l l 使建模：i ：作褂别火人的简化，缩矩了”：6 乏捌期。 2 4 3 通过类对象的继承性建立亿工单元数学模鳖 f 蕊黄重讨谂一f 工没备中其骞蒋逮特点黪三个类：矮麓甲簿 类，艇量、能量平衡类，质鼹、能量及相平衡类，钶这二个炎的数学 模型，设备类的数学模型就迎韧而解。 鹱量平衡单元娄( c m u n i t ) 代表了化工过程旗繁平衡静特点，封 装了一个化工单元的质量平衡方程，其模型如图所示： f j , zj 1 z l e , t ，pj f l ，z l z l 。，t l ，o o f l x ”“”o t l ，o p i o f 。，x 。+ ”x o t ，o p 。 壤域平衡 质量平衡方程为： 最t z 一蕊函= 0 j 2 l ，2 c j 2 1，4 ， 五= l i = l ，2 n ，z l x , j = i 1 2 i ，2 m 扣 质量、能量平衡单元类( c m h u n l t ) 代表了化j ：过程质鼙艇能量 蟓理i “凡警碗1 蝌“q ：毕业论业 i f 衡的特，k 封鼗了一个化t 译兀的质酸、r 衡方辅能砒、r 衡山彩， 圳为它魁质精、 ，衡单兀类的予类，廿继承了厦强f 衡j p l 炎的j 孵特 女 ：( 鞠矮量、| 王簿矗程 ，敲强辩为它船入麓跫、f 衡方程赣，引三1 7 。锺税 ，p 如煳所“；： f ，z z l t ，p l f z , z 2 l z x ，t ：p 2 f 。z “z 。工，p 。 x l c o t l o p l x 2 。，o t l o p 2 孙。乇d 二 加入热量平衡方程： ” * i 露霸f 只，已曩，毫 一h o f ，( o f i ，x l l x 。，o 薯，o 冀) + q 两 f 5 i，i 嗣理，质量、能量及相平衡单元类( c m h k u n i t ) 也只需加入年1 1 应 豹秘乎簿方程裁行7 ，葵模受弦夔瑟示： f i , z 。z m t ，i 卜一o f l ”- “轧，l p ( v ) i i z ：芝乏二j 平衡7 9e 。矗焉；_ ，。， f # 日z ”l ，气l 薯 卜l 号讲m k 1 p 纯 x h = x m ；4 毽( t p ，x i i , x 阳x m l ，x 。j| = l ，2 。 戚量平衡单元类c m u n i t 的描述形式如f ： c l a s sc m u n i t ：v i r t u a lp u b l i cc b a s i cc h e m 疗餍量平籀类 p r o t e c t e d ： s 走蟓理t 人学倾i 嘟宄_ ：l 菪业论文 删蠢量平衡单元静数抒；域缴，翔瞥尤漱艘、抓，j 、迸m t 溅殷等。 p u b l i c ： v o i di n i t ( ) ：，啦元铆始化信息，也匙单正对外的信息按li v o i dme q u a t i o n ( ) ；单元的研订质毽、f 黼方程模趔 v o i do u l ( ) ，给出单元的质鬣平衡模嬲方穰形式，事忭目，阵 嚣 ： 膜量、能鳖平衡单元类c m h u n i t 蝣描述如下： c l a s sc m h u n i t ：p u b l i cc m u n i t，矮量、能壤平攥单元类 p r o t e c t e d ： 与热蕊乎鬻褶关的数据戒员 p u b l i c ： v o i dh _ e q u a t i o n ( ) ；单元的热鬟平衡方程 v o i do u t ( ) ：，给出单冗的热量平衡模型方程形式，事件矩阵等 ： 攒盈、莪煎艇相平衡类c m h k u n i t 描述形式如下： c l a s sc m h k u n i t ：p u b l i cc m h u n i t ( ) 凄爨、魃量鼓稳平键肇宠 类 p r o t e c t e d ： 走蟓螋i 埘! i ：t o i 宄m 毕业论文 ，年h 、f 衡棚笑f f j 数槲成员 p u b l i c v o i dk _ e q u a t i o n ( ) ；，荦，酗0 禽i f 衡方程 v o i do u t ( 1 3 1 _ i 啦兀的柏甲衡模型方榭形式。小干1 ：卧等 ： 而似于塌t 屡的“基础化工类”( c b a s i cc h e m ) 其描述形式如f c l a s sc b a s i cc h e m ：p u b i ec o b j e c t p r o t e c t e d ： i 鼗摇裁员 p u b l i c ： v i r t u a l i n i t ( p o ；输人( 襁始他信息) v i r t u a lv o i dt r u n u n i t ( ) ；单位制换算 v i r t u a lo u t ( 1 ：o ；输出 ； 由于所有的化工单元和过程都具肖质量、能爨及相平衡等特征， 掰双筹荦死霹以通过各穆形式的继承。褥期a 本身零睾点熬攒逡，抉速 生成其面向方程的数学模型。这样大大简化了建立数学模型所面临的 繁琐工作。例如馁生成有相变的换热器的数学模型。只要做如下工作： ( 1 ) 获“矮麓、能量授榴平衡燮”( c m h k c m i t ) 继承下来，生戒 “有相变的换热器类”( c m u l h m x ) ： c l a s sc m u l h m x ；p u b l i cc m h k u n i t 砸理f 。人学倾i f l j f 究乍l 阜业论文 f p r o t e c d ： p u b l i c ： v o i dm u l h m xe q u a t i o n ( ) ；换热器埘向方羁! 模，“ ； ( 2 ) 在c m u l a m x 类的成员函数m u l h m x _ e q u a t i o n ( ) q 1 将继承 下束的质量、能量和相平衡三个方程按顺序组织起束。 v o i dc m u l h m ：m u l h m x _ e q u a t i o n f ) m _ e q u a t i o n ( ) ； n _ e q u a t i o n ( ) ； k _ e q u a t i o n ( ) ； 即得到了有相变换热器的面向方程的数学模型。 而本应用程序中所介绍的燃烧炉又是有相变换热器子类，在建立 燃烧炉的数学模型时只要继承有相变换热器的功能，再加入自己的特 性即可。 可惜，由于时日j 及能力有限，本人对这部分工作只是进行了些 研究，没有做具体的工作，本应用程序只是建立了燃烧炉的数学模型， 而且是单独的，所以没有采用此种方法，这是本人另一遗憾之处，也 太妇理1 。 社坝i 埘究牛毕业论尘 足今历想继续完普的部分。 2 。5 燃烧妒的数学模型 求成程序巾仿真的是管式燃烧炉，它7 、泛应川_ i o i 湖化1 ：、化 肥乖唾f 租化学工韭，是一种有燃烧的加热设备。气体燃烧在势r 拣肉燃 烧，所产， ：的高温火焰与烟气作为热源通过炉管管燧来加热在妒一管中 流动豹拳承煤气，经其这到掰需豹温疫或发