摘要：作为化学工程与工艺试验的重要环节, 数据处理的方法是非常重要的, 在实际的生产工作中, 准确合适的方法数据处理方法能产生较大的影响, 能推动工作顺利开展。在科技不断发展的今天, 人们发明了MATLAB软件, 该软件对化学工程与工艺实验数据处理有着极大的促进作用, 在处理数据使非常便捷且效率高。传统的化学工程与工艺试验数据处理方式非常繁琐, MATLAB软件恰巧弥补了这一缺陷, 本文主要针对MATLAB软件在化学工程与工艺实验数据处理中的应用进行分析, 探讨它的优势与缺点。
关键词：化学工程; 工艺实验; 数据处理; 化工实验数据分析;
MATLAB软件有最权威数据处理能力, 它所面对的计算环境是数值分析可视化以及交互式程序设计, 它为需要进行科学数值计算的领域带来了很大的便利。在做数据处理时涉及到四个领域, 分别是数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真, 在没有MATLAB软件之前, 要分别计算, 工作量大且繁琐。而MATLAB软件将这些功能全部集中在一起, 在进行科学研究、工程设计, 包括进行有效数值计算这些众多的科学领域时可以提供非常详尽且全面的解决办法, 提高了解决效率。
1 化学工程与工艺实验
同普通的化学实验相比, 化学工程与工艺实验更加注重对多个原理的求证。进行化学工程与工艺实验主要是为了解决工业中遇到的化工问题。
1.1 化学工程与工艺实验的特点
化学工程与工艺实验的特点主要有以下几点, 实验时间长、实验规模大以及实验数据处理繁杂这三点。在实验过程中, 对它的操作要求非常高, 因为它涉及的领域众多, 所消耗的资源也多, 这就造成试验的时间长、规模大、处理繁杂。
1.2 运用MATLAB软件原因
数据处理一直贯穿着整个化学工程与工艺实验阶段, 同时, 它也能反映出化学实验成果是否有效。通过化学工程与工艺实验的特点可以知道, 实验数据是非常庞大的, 而且它的参数不一定是线性相关的, 如果按照传统的数据处理方式, 运用手工处理, 那么效率会非常低, 还容易产生误差, 不能满足实际的需求。MATLAB软件的产生, 解决了繁琐的计算步骤, 将其简单化, 不仅大大提高了工作效率, 而且实验数据的准确性也变高, 误差产生的机率小。所以将MATLAB软件运用到工作中是一件刻不容缓的事情。
2 运用MATLAB软件进行实验数据处理设计
2.1 设计数据处理程序框架
化学工程与工艺实验的目的并不是一样的, 所以它在处理过程中运用的公式以及步骤也是不一样的, 并不能一个程序涵盖所有, 但是抛去特性而言, 这些实验中还是有共性存在的。
第一, 从数据处理的程序编制来看:一方面是数据输入和处理和作图, 它主要利用函数input来帮助实现, 以矩阵的输入形式为主。另一方面是处理作图, 因为实验数据中离散情况比较多, 需要运用最小二乘法将它们结合成一条或多条连合的曲线。比如假设实验的离散数据是 (x1, y1) , 现在运用最小二乘法来进行模拟, 设因变量为y, 自变量为x, 函数关系是y=f (x) (这里的函数关系主要目的是为了让离散数据中的x1的残差平方以及Σ (f (x1) -y1) 2在最大程度上可以达到一个最小值) 。众多试验结果表明, 因为外界的因素存在误差, 导致化工实验数据也会存在相应误差, 所以利用最小二乘法是最好的选择。
第二, 在化学工程与工艺实验中, 通常会涉及到流体的流动阻力研究这方面的内容。一般而言, 它在研究过程中主要通过测试流体的流动阻力数值, 测完以后再经过特定计算, 继而得出摩擦系数λ以及雷诺准数Re的离散数据。得出这些数据之后, 再利用最小二乘法, 得出一条连续的曲线, 根据这些曲线再画出对应图形, 之后就能得出公式, 利用公式将MATLAB里的函数polyfit进行拟合 (线性) , 这样就得出了数据处理程序原理。
第三, 根据上述设计建立数据库。根据经验可以得知, 化学工程与工艺实验需要在特定温度下得出试验数据, 这样才能准确进行分析处理。但是恒温只是理想状态, 在实际生产中工业生产中的温度是多变的, 这就要求在选取数据的时候找数值最相近的, 这样可以利用线性关系来计算出所需要的数据值。一般在化工实验中编写的程序会将实验温度恒温实验的温度进行试验拟合, 这样建立出来的数据库会比较完整, 这样在进行实验时也比较简便。拟合好的数据库在进行试验时, 只需要将温度输入系统里, 特定温度下的物性数据就会自动跳出, 数据的树立效率也就得到了极大的提升, 节约数据处理时间。
2.2 进行试验数据处理程序的运行
一般数据分析员在编制完成数据处理程序以及建立好数据库以后, 就要将数据输入进程序来进行验证, 这样才能确保程序是否可以有效地处理试验数据。将MATLAB软件应用在化学工程与工艺实验的数据处理中非常重要, 由于在化工实验过程中有很多离散数据, 相关性不是很高, 在进行数据处理时需要进过拟合才能进行下一步处理, 数据处理工作量很大, 显得非常繁琐, 在处理过程中, 如果出现差错, 就需要重新进行, 既耗费人力, 也耗费时间。除此之外, 还需要对数据进行检验, 在检验过程中又需要将数据重新算一次, 工作量惊人。在MATLAB软件中, 工作人员将数据全部输入系统以后, 无需经过多次重复计算, 也不需要检验, 降低了难度, 工作效率得到大大提升。
3 结语
综上所述, 在实际化学工程与工艺实验数据处理过程中, 数据量大庞大以及计算公式的众多, 需要利用有效且便捷的数据处理软件来替代人工计算。在传统的手工模型中, 要先建立处理模型, 有些公式推导的数据模型还异常复杂, 有时会因为一个误差而导致所有的工作都前功尽弃, 再重新计算。有时为了避免差错, 会对多个环节进行反复计算、试验, 工作效率非常低。MATLAB软件对于处理化学工程与工艺实验中的数据处理非常便利, 能有效提高工作效率, 降低工作难度, 促进试验发展。
参考文献
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