摘要：隨著科技的不斷發(fā)展與進(jìn)步，MATLAB軟件開始在化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中應(yīng)用開來。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方式十分繁瑣，因此MATLAB軟件的出現(xiàn)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)化工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理缺陷，提高了化工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理效率。文章通過研究MATLAB軟件在化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用，分析其處理數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)；數(shù)據(jù)處理；MATLAB軟件；化工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；化學(xué)實(shí)驗(yàn) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：O652 文章編號(hào)：1009-2374（2015）09-0059-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0785

1 MATLAB軟件

MATLAB軟件最早由美國(guó)的Mathworks公司提出，其主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語言的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。近年來MATLAB軟件逐漸被用于化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理中，極大地提高了數(shù)據(jù)處理的效率。

2 化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)不同于普通的化學(xué)實(shí)驗(yàn)只重視一個(gè)原理的求證，它的目的是為了解決工業(yè)中的化工問題，其特點(diǎn)主要有實(shí)驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)、實(shí)驗(yàn)規(guī)模大和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理繁雜等。在整個(gè)化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)里數(shù)據(jù)處理是必不可少的階段，也是印證化學(xué)實(shí)驗(yàn)成果是否行之有效的必要手段，但是由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)過于龐大，實(shí)驗(yàn)當(dāng)中相關(guān)的參數(shù)關(guān)系大多是非線性的，單單依靠傳統(tǒng)的手工計(jì)算不僅速度慢，還容易出現(xiàn)計(jì)算失誤的情況，根本無法滿足實(shí)際的需求，因此，將MATLAB軟件融入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理中刻不容緩，它能有效地將繁瑣的計(jì)算步驟化解成簡(jiǎn)單的計(jì)算，提高工作效率，讓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性達(dá)到最高值，避免誤差的產(chǎn)生。以下通過研究?jī)蓚€(gè)化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)，分析MATLAB軟件在處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)與傳統(tǒng)的手工計(jì)算有什么優(yōu)勢(shì)和便利。

3 化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)處理的程序框架

因?yàn)槊恳粋€(gè)化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)的目的都不相同，因此其處理的步驟以及涉及的化學(xué)公式也不盡相同，不可能以一個(gè)程序來概括，但是經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)研究和總結(jié)，發(fā)現(xiàn)不同的化工實(shí)驗(yàn)中都會(huì)有其相似之處，它們都可以由圖1來概述：

圖1

3.2 數(shù)據(jù)處理的程序編制

3.2.1 數(shù)據(jù)輸入?；瘜W(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)輸入主要依靠提示的函數(shù)input實(shí)現(xiàn)，比如以溫度為例子，則其輸入函數(shù)為：t=input（‘請(qǐng)輸入實(shí)驗(yàn)的溫度（攝氏度）：），其中輸入函數(shù)大多是以矩陣的輸入形式為主。

3.2.2 處理和作圖?；瘜W(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)時(shí)常會(huì)存在離散的情況，必須經(jīng)由多種擬合的方法將它們結(jié)合成一條或多條連合的曲線，而其中最常用的擬合方式是最小二乘法，因此本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的擬合方式也采用最小二乘法的方式。

設(shè)實(shí)驗(yàn)的離散數(shù)據(jù)（x1，y1）通過最小二乘法將其擬合成因變量y，自變量x，輸入的函數(shù)關(guān)系為y=f（x），函數(shù)關(guān)系的主要思路是讓離散數(shù)據(jù)中的x1的殘差平方以及Σ（f（x1）-y1）2達(dá)到最小值。因?yàn)樵诘贸龌?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中多少會(huì)因?yàn)橥饨绲囊蛩卮嬖谥恍┱`差，因此最小二乘法可以無需使輸入函數(shù)y=f（x）必須經(jīng)過全部的離散數(shù)據(jù)（x1，y1），但是殘差平方和必須達(dá)到最小值。根據(jù)最小二乘法的擬合方法可知，最小二乘法可以滿足化工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的擬合應(yīng)用需求。

在化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)中會(huì)涉及到流體的流動(dòng)阻力研究，研究主要是通過測(cè)試流體的流動(dòng)阻力，在經(jīng)過特定的計(jì)算之后得出摩擦系數(shù)（λ）和雷諾準(zhǔn)數(shù)（Re）的離散數(shù)據(jù)，再同理，經(jīng)過最小二乘法擬合出連續(xù)的曲線，并根據(jù)其畫出相對(duì)應(yīng)的圖形。因?yàn)槟Σ料禂?shù)（λ）和雷諾準(zhǔn)數(shù)（Re）屬于成雙對(duì)數(shù)函數(shù)，則：

λ=aReb+c （1）

當(dāng)a，b，c是常數(shù)時(shí)，則可以設(shè)c=0：

λ=aReb （2）

因?yàn)棣伺cRe屬于成雙對(duì)數(shù)函數(shù)，則：

Logλ=blogRe+loga （3）

得出上述式子之后可以將MATLAB里的函數(shù)polyfit（）進(jìn)行線性的擬合，以作為化工數(shù)據(jù)處理的程序

原理。

3.2.3 建立數(shù)據(jù)庫(kù)。因?yàn)榻?jīng)過上述的設(shè)計(jì)，化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理只能得知在特定的溫度下（比如10℃、20℃以及30℃等）實(shí)驗(yàn)的物性數(shù)據(jù)，但

是在實(shí)際的生產(chǎn)中，工業(yè)生產(chǎn)所涉及的溫度多變，不單單只停留在設(shè)計(jì)好的溫度當(dāng)中，因此，這就需要我們?cè)跀?shù)據(jù)中選擇最相近的數(shù)據(jù)，假設(shè)它們屬于線性的關(guān)系，再利用內(nèi)插或者外推的方式計(jì)算出實(shí)驗(yàn)的物性數(shù)據(jù)常數(shù)。在本文的化工實(shí)驗(yàn)中，編寫的程序已經(jīng)將實(shí)驗(yàn)溫度和密度以及實(shí)驗(yàn)的溫度與黏度進(jìn)行多次的實(shí)驗(yàn)擬合，建立出了一個(gè)相對(duì)完整的數(shù)據(jù)庫(kù)，在工作中只需將溫度輸入進(jìn)系統(tǒng)，則程序可以自動(dòng)跳出在特定溫度下的物性數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)處理效率。

3.3 程序的運(yùn)行

在編制完成化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理程序，且建立數(shù)據(jù)庫(kù)之后，便應(yīng)該輸入數(shù)據(jù)以驗(yàn)證程序是否能有效地處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理中，MATLAB軟件的應(yīng)用是十分重要的，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)可知，在化工實(shí)驗(yàn)當(dāng)中會(huì)出現(xiàn)大量的離散數(shù)據(jù)，必須經(jīng)過擬合的方式進(jìn)行處理，其處理過程中不僅工作量大，而且十分繁瑣，一旦出現(xiàn)差錯(cuò)則必須重新推翻重來，浪費(fèi)大量的人力物力資源，而且在處理好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之后，在查看實(shí)驗(yàn)當(dāng)中還要將化工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重新計(jì)算一次，看結(jié)果是否與原先的計(jì)算結(jié)果相同，工作量十分重，但是如果運(yùn)用MATLAB軟件則大大降低了數(shù)據(jù)處理難度，只要在MATLAB軟件中輸入相應(yīng)的化工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，就可以得到結(jié)果，節(jié)省了時(shí)間，提高了工作效率。

4 結(jié)語

在實(shí)際的應(yīng)用中，化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)所要處理的數(shù)據(jù)十分龐大，而且涉及的計(jì)算公式也十分多，甚至很多時(shí)候?yàn)榱藢?shù)據(jù)的計(jì)算公式導(dǎo)出來還要建立復(fù)雜的模型，一旦有一個(gè)步驟出現(xiàn)差錯(cuò)則會(huì)直接影響到實(shí)驗(yàn)的成果，如果使用傳統(tǒng)的手工計(jì)算方式，為了避免差錯(cuò)則必須對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)進(jìn)行反復(fù)計(jì)算，降低了工作效率，因此MATLAB軟件的應(yīng)用對(duì)于化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理十分重要，它不僅將復(fù)雜的計(jì)算變得簡(jiǎn)單，也讓事后的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證效率得到提高，促進(jìn)了化工實(shí)驗(yàn)的

發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙新強(qiáng)，謝英慧，曹吉林，李國(guó)玲.化學(xué)工程與工藝教學(xué)實(shí)踐[J].河北工業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，6（1）.

[2] 韓正.計(jì)算機(jī)引發(fā)化學(xué)工程革命[J].發(fā)明與創(chuàng)新（綜合科技），2013，12（1）.

[3] 房鼎業(yè)，等.化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

作者簡(jiǎn)介：李世英（1972-），男，內(nèi)蒙古烏海人，內(nèi)蒙古蒙西建設(shè)集團(tuán)有限公司鋼結(jié)構(gòu)分公司化學(xué)工程工程師，研究方向：化學(xué)工程。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）