计算机模拟器论文
计算机模拟器论文（精选12篇）
计算机模拟器论文 第1篇
Packet Tracer软件是Cisco公司开发的网络仿真工具软件, 是一个为网络初学者设计的用于提供计算机网络设计、配置和网络故障排除模拟环境的学习平台, 支持学生和教师建立仿真、虚拟和活动网络模型。像任何仿真器一样, Packet Tracer软件通过一组简化的网络设备和协议模型、真实的计算机网络保留和基准来了解网络行为和开发网络的技巧, 学生可在软件的图形用户界面上直接使用拖曳方法建立网络拓扑, 软件中实现的IOS子集允许学生配置设备;并可提供数据包在网络中行进的详细处理过程, 观察网络实时运行情况。软件具有下列特点:
1) 支持多协议模型:支持常用协议HTi-P、DNS、TFTP、Telnet、TCP、UDP、Single Area OSPF、DTP、VTP and STP, 同时支持IP、Ethernet、ARP、Wireless、CDP、Frame Relay、PPP、HDLC、Inter-VLAN routing and ICMP等协议模型。
2) 支持大量的设备仿真模型:路由器、交换机、无线网络设备、服务器、各种连接电缆、终端等, 这些设备是基于CISCO公司的。还能仿真各种模块, 在实际实验设备中是无法配置整齐的。提供图形化和终端两种配置方法。各设备模型有可视化的外观仿真。
3) 支持逻辑空间和物理空间的设计模式:逻辑空间模式用于进行逻辑拓扑结构的实现;物理空间模式支持构建城市、楼宇、办公室、配线间等虚拟设置。
4) 可视化的数据包工具:配置有一个全局网络探测器, 可以显示仿真数据包的传送路线, 并显示各种模式。前进后退, 或一步步执行。
5) 数据包传输采用实时模式和仿真模式, 实时模式与实际传输过程一样, 仿真模式通过可视化模式显示数据包的传输过程, 使用户能对抽象的数据的传送具体化。以上这些特点可方便快捷地进行网络的组建、设备的配置、协议的测试等网络技术相关的学习。
把Packet Tracer软件引入到计算机网络教学中, 不仅节约了实验成本, 极大地提高了学生对计算机网络学习的积极性, 提高了计算机网络教学的水平和质量, 达到了很好的效果。
2 利用Packet Tracer模拟器增强理论教学的实效性
在计算机网络技术的理论教学中, 利用Packet Tracer设计一些相应的实验, 可以把让许多初学者感到枯燥乏味、抽象难懂的概念直观、形象地展现在学生面前, 便于学生理解和接受。例如广播域的概念, 广播域指的是一个逻辑上的计算机组, 该组内的所有计算机都会收到同样的广播信息。如在该计算机组的任何一个节点传输一个广播帧, 则所有其他能收到这个帧的节点都被认为是该广播帧的一部分。广播域被认为是OSI中的第二层概念, 所以HUB、交换机等第一、二层设备连接的节点被认为都是同一个广播域。而路由器、三层交换机则可以划分广播域。可以在Packet Tracer上进行一组实验。直观、形象地展现这个概念。
实验拓扑如图1所示, 实验过程:把模拟器工作模式切换到模拟仿真模式, 在pc0上ping主机pc3, 观察其他主机是否能收到相关的报文。实验结果是:在pc1、pc2和pc3主机都收到该广播帧, 验证了交换机的所有端口均在同一个广播域中。
3 利用Packet Tracer模拟器实现“任务驱动”教学法
利用Packet Tracer模拟器实现“任务驱动”教学法在计算机网络理论教学中的应用。所谓“任务驱动”就是在学习信息技术的过程中, 学生在教师的帮助下, 紧紧围绕一个共同的任务活动中心, 在强烈的问题动机的驱动下, 通过对学习资源的积极主动应用, 进行自主探索和互动协作的学习, 并在完成既定任务的同时, 引导学生产生一种学习实践活动。“任务驱动”是一种建立在建构主义教学理论基础上的教学法。它要求“任务”的目标性和教学情境的创建。使学生带着真实的任务在探索中学习。在这个过程中, 学生还会不断地获得成就感, 可以更加地激发他们的求知欲望, 逐步形成一个感知心智活动的良性循环, 从而培养出独立探索、勇于开拓进取的自学能力。
“任务驱动”教学法实施的前提是“任务”可以实施。计算机网络“任务”的实施必须要有相应的设备支持。设备对于计算机网络理论教学是一个不可逾越的障碍。而Packet Tracer软件很好地解决了设备问题, 它可以在网络理论教学过程中模拟各种网络环境, 从而完成教学中设定的“任务”。
学生通过自主学习与协作学习, 在教师帮助下自己探讨完成任务, 教师在整个过程中不断督促学生, 并用鼓励的评价激励学生实践、自学、质疑。这样在学生完成任务的同时既培养了学生的创新能力和自主学习能力, 又使学生掌握了独立解决问题的能力。
4 结语
计算机模拟试题 第2篇
选择题
1、题目RGB色彩模式是什么( )
A.印刷时的首选模式，代表青红黄黑四种颜色
B.图像中的色素和饱和度会被去掉而只剩下亮度，产生灰色的图像模式
C.红绿蓝三种色彩叠加而形成的其他颜色，共可以叠加出1670万种，是编辑图像的首选模式
D.黑白位图格式，图像只有黑白两种颜色，只有灰阶模式和多通道模式两种模式可以转换成位图模式
【答案】C
2、题目下列关于在图像窗口中输入的文字的`描述正确的是( )
A.图像中输入的文字各个参数都要一样
B.图像中输入的文字必须字体一样，其他可以不一样
C.图像中输入的文字必须颜色一样，其他可以不一样
D.图像中输入的文字的各个参数可以不一样
【答案】D
3、题目以下关于亮度和对比度的说法哪种是正确的( )
A.亮度与对比度都是越大越好
B.亮度越大越好，而对比度以“合适”为标准
C.亮度和对比度都应该以“合适”为标准
D.对比度越大越好，亮度以合适为标准
【答案】C
4、题目将选区羽化的快捷键是( )
A.D
B.Ctrl+D
C.Shift+Alt+D
D.Ctrl+Alt+D
【答案】D
5、题目RGB与CMYK的相互转换的中介模式为( )
A.灰度
B.Lab
C.索引
D.双色调模式
【答案】B
6、题目双击抓手工具，图像将会( )
A.100%显示
B.放大一倍
C.满画布显示
D.缩小一倍
【答案】C
7、题目通常彩色印刷品的图像分辨率应需要达到( )
A.72ppi
B.300ppi
C.600ppi
D.1200ppi
【答案】B
8、题目24位RGB图像共含颜色有( )
A.2种
B.255种
C.256种
D.1670万种
【答案】D
9、题目Alpha通道相当于几位灰度图( )
A.4位
B.8位
C.16位
D.32位
【答案】B
10、题目当前工具是“文字工具”时对段落文字不可执行的操作是( )
A.缩放
B.旋转
C.裁切
D.倾斜
火灾计算机模拟软件介绍 第3篇
关键词：火灾；计算机；模拟软件
中图分类号：TU998文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 06-0000-02
Fire Computer Simulation Software Introduction
Chen Zhiwei
(Chinese People's Armed Police Force Academy Graduate Second Team,Langfang065000,China)
Abstract:The fire hazards of social production and living a great disaster,as a result of rapid,severe damage,pre-disaster prevention and control become a major way.Computer simulation software to conduct a detailed analysis of the fire,the occurrence of fire pre-sentence,the paper analyzes the existing fire simulation software application.
Keywords:Fire;Computer;Simulation software
计算机火灾模拟技术能够提供现场风流状态各参数数量变化过程，它也能够对某些参数进行量的控制，能反映出在不同组合的控风措施作用下，风流状态随时间变化的情况，这是基于稳态系统的进行定性分析所无法实现的。
一、火灾风流状态定量与定性综合分析技术
众所周知，目前确定风流控制方案—般仍是在定性分析的基础上进行的，但定性分析方法具有它本身难以克服的局限性。解决这一问题，将对救灾决策产生重大影响。通过上面对火灾模拟与风流控制关系的详细分析可以看出，火灾计算机模拟技术能够很好地解决这一问题。具体说首先通过计算机模拟火灾发生之后的风流状态，在此基础上进行定性分析得出数个风流控制方案，然后利用计算机模拟技术模拟风流控制方案的控风效果，对其进行校验并选择其中较好的方案。这样能够充分保证方案实施后的有效性。以计算机定量模拟技术，在定性确定控风方案的基础上，模拟风流控制方案的实际效果进行甄别，被称为综合分析法，它是定性分析技术与定量分析技术相结合的产物。
二、发动机智能化冷却控制系统的构成
（一）火灾过程的场模拟程序——FDS
FDS（Fire Dynamic sSimulator）是美国国家标准与技术研究院（NIST）开发的一种计算机流体力学（CFD）模拟程序，其第1版在2000年1月发布，以后一直在不断地改进和更新。于2007年3月发布了第5版（FDS5．O）。FDS5．0的主程序用于求解微分方程，可以模拟火灾导致的热量和燃烧产物的低速传输，气体和固体表面之间的辐射和对流传热，材料的热解，火焰传播和火灾蔓延，水喷头、感温探测器和感烟探测器的启动，水喷头喷雾和水抑制效果等。FDS5．0还附带有一个称为Smokeview的程序，可用来显示和查看FDS的计算结果，它可以相当逼真地显示火灾的发展和烟气的蔓延情况，还能用于评判火场中的能见度。
（二）多室火灾模拟程序——CFAST
CFAST（Consolidate Fire And Smoke Transport）是一种计算火灾与烟气在建筑物内蔓延的区域模拟程序，它是在FAST和CCFM程序的基础上发展而来的。经过多年的修改和完善，CFAST形成若干版本，并具备完整的技术文件，分别阐述该程序的物理基础、计算方法、程序结构、使用说明、性能分析等。前些年，美国消防协会将CFAST与火灾探测程序（DETECT）、人员忍受极限程序（TENEB）等组合起来，构成了一个规模更大、功能更全的HARZARD-I程序。一段时间里该程序得到了广泛的传播。HARZARD-1的核心是CFAST，其技术文件基本上是CFAST文件的转述。后来，CFAST本身又进行了多次修订，其技术文件仍单独发行。
（三）PHOENICS软件
PHOENICS软件是英国CHAM公司开发的产品，它是全球第一个商业CFD软件，在全球有上万合法用户。CHAM公司总裁D．B．Spalding教授是英国皇家学会的会员，是计算流体力学的鼻祖。PHOENICS软件于20世纪80年代末进入中国，目前各主要高校基本上都有该软件。其特点是历史最长，开放性较好，价格便宜，但该软件同其公司一样，似乎发展不够，有点老化。最新版PHOENICS每套售价约4．5万元人民币。PHOENICS软件以低速热流输运现象为主要模拟对象，由于长期积累以及Spalding在建立理论模型上非凡的创造力，PHOENICS包含的湍流模型、多相流模型、燃烧与化学反应模型等相当丰富，其中有不少原创性的成分。这个软件附带了从简到繁的大量算例，一般的工程应用问题几乎都可以从中找到相近的范例，再作一些修改就可应用于用户的课题，所以能给用户带来极大方便。
（四）Fluent软件
FLUENT公司是目前全球最大的CFD软件供应商和技术服务商。1983年，美国的流体技术服务公司Creare的CFD软件部推出了其第一个商用CFD软件包Fluent。自Fluent软件上市以来，由于其丰富的物理模型、先进的数值方法及高质量的技术支持和服务，很快成为CFD市场的领先者。1988年FLUENT公司成为一个独立的公司，其总部设在美国。1995年，FLUENT公司并人了Aavid Thermal Technologies Inc．。后者在数字和能源电子领域的热管理市场具有领先地位，并于1996年成为一个上市公司。1996年，FLUENT公司收购了其最大的竞争对手——英国的Fluid Dynamics International（FDI）公司，FDI旗下有著名的CFD软件FIDAP和热控分析软件ICEPAK。1997年，在粘弹性和聚合物流动模拟方面占领先地位的POLYFLOWS．A．公司成为FLUENT公司的又一个子公司。上述兼并联合使FLUENT公司成为享誉世界的最大计算流体力学软件的供应商，目前FLUENT公司拥有全球CFD软件领域50％以上的市场份额，Fluent5．5每套售价约2．5万美元。
（五）STAR-CD软件
CD-adapco公司是英国一家专门从事CFD软件开发的专业公司。它成立于1987年，有300余名工程师从事研发、服务等工作，其中80％有博士学位。STAR-CD是其主要软件产品。STAR—CD以良好的工程应用能力见长，其功能强大的非结构化网格系统（unstructuredmesh），可以接受六面体、四面体、三棱柱五面体、金字塔五面体等多面体形状的网格单元，配合STAR—CD优异的数值稳定性及收敛速度，可以解决网格点数量、收敛速度、存储空间和精度之间取舍的难题。STAR—CD和其他CAD／CAM、结构强度分析软件有完美的连接性，有完善的后处理功能，因此，STAR—CD是最实用的CFD分析工具。
（六）CFX软件
CFX软件是第一个通过IS09001质量认证的商业CFD软件，由英国AEATechnology公司开发。1995年，收购了旋转机械领域著名的加拿大ASC公司，推出了专业的旋转机械设计与分析模块——CFX-Tascflow。CFX-Tascflow一直占据着旋转机械CFD市场的大量份额，是典型的气动／水动力学分析和设计工具。此外，CFX还有两个辅助分析工。
三、结束语
火灾过程的模拟计算易于开展、计算快、成本低，不过由于计算中所用假设的理想化和简单化，往往会出现一定的误差。另外，还经常因为对有关建筑物实际情况的了解不够，所做的假设往往难以恰当考虑建筑物建造时或设备安装过程中发生的问题。即使是采取CFD数值模拟的方式，也会因计算区域设置、网格独立性、软件版本差异等，而使结果存在较大的不确定性。对于大型、复杂建筑来说，这种误差就可能超过危害人员安全的范围。
参考文献：
[1]朋甦,贺兆华.浅谈火灾模拟技术的应用与发展[J].消防科学与技术,2005,S1
[2]汪箭,吴振坤,肖学锋,何亚平.火灾模拟计算软件不同版本的计算结果差异[J].消防科学与技术,2005,6
计算机模拟器论文 第4篇
从我国现阶段的水平来看, 教育资源很难有效解决教学需求。中等专业学校毕业生就业直接面向企业, 落后的教学设施大大影响了学生学习的兴趣。因此, 各个专业教学所用的模拟器和虚拟机应运而生。事实上, 在很多培训机构学员们真正着手使用真实硬件设备前, 工作原理性的教学大多也是在模拟器和虚拟机上完成的, 掌握原理之后再到真实的硬件设备上实施教学案例, 观察实际效果。这几年, 因特网上出现了很多模拟器和虚拟机, 对学习计算机网络课程起到了积极的作用。
一、计算机模拟器和虚拟机软件随着计算机的发展性其能有很大的提高, 使用模拟器和虚拟机还有以下优越性:
1、不怕对设备损坏。模拟器和虚拟机软件工作在计算机上, 如果因操作不当引起的不良后果, 最多是软件的破坏, 没有硬件损坏带来的经济损失大, 最多重启计算机或者重新安装软件, 解除了教学过程中师生的心理负担。
2、计算机网络数据包工作在微秒级, 平时我们很难捕捉, 即使用抓包、ping、traceroute等网络工具, 也很难展示网络瞬间的工作状态。使用模拟器或是虚拟机可以将时间定位到某一个工作时刻, 观察工作状态, 分析工作原理。
3、硬件设备实验室不能自由携带, 网络设备间的连线复杂烦琐, 实验准备工作占用了大量的时间, 不利于快速切入主题。而模拟器和虚拟机软件可以安装在工作计算机上或是随身携带的笔记本电脑上, 师生随时都可以进行学习和研究。
二、计算机网络课程教学中使用模拟器和虚拟机的案例介绍:
1、计算机网络设备和原理入门课程和CISCO packet tracer模拟器
思科的CCNA课程是非常成熟的计算机网络设备和原理入门的课程, 是每个精通计算机网络人员的必修课, 本人在接触到CCNA课程之后, 受益匪浅, 因特网、计算机书店有大量的相关资料及书籍, 在这里就不作过多介绍了。
CISCO packet tracer是一款可以安装在windows或linux操作系统平台上, 学习CCNA的模拟器软件, 它对网络硬件设备模拟的相当成功, 能够完全实施CCNA课程涉及的案例, 特别是它的模拟模式, 形象地展示了数据包在硬件设备间传输的过程, 非常有助于教学过程中教师向学生阐述计算机网络的工作原理, 是优秀的多媒体教学工具软件。
2、交换原理、路由原理及安全方面课程和dynamips及penu虚拟机
我们掌握CCNA课程后, 下一步可能会接触到更深入的交换原理、路由原理及安全方面的知识, 课程的内容包括在思科的CCNP和CCIE课程中。思科课程体系结构完备严谨, 网络资源丰富, 有诸多主题围绕思科设备的网络论坛, 官方学习网络平台对所有人开放, 各种参考手册文档可以自由免费下载。
当我们深入地学习和研究这方面内容时, 使用CISCO packet tracer模拟器软件, 功能稍显不足。学习研究时我们会用到高级网络分析工具, 这就需要真实的思科硬件网络操作系统 (CISCO IOS) 。Dynamips是使用真实的CISCO IOS虚拟路由器、交换机硬件设备的一款软件, 能够发挥CISCO IOS的全部软件功能, Penu和dynamips软件相似, 使用真实的pix IOS虚拟PIX防火墙硬件设备, 这两款软件解决了硬件设备内存资源限制的问题, 还可以与真实世界的计算机系统进行网络互联 (这是模拟器CISCO packet tracer不能实现的) , 在虚拟机环境下可以安装很多版本的网络操作系统, 为我们学习研究各种思科硬件网络操作系统提供了方便。
3、网络操作系统方面课程和VMWare虚拟机
网络操作系统是一个很大的范畴, 从网络的角度来学习操作系统, 主要的任务是应用层的服务, 以及由这些任务引起的一些相关的管理任务, 如网络设备管理, 用户管理、磁盘管理、安全管理等。目前, 面对中小型企业的网络操作系统主要有windows系列和linux系列。这两大系列操作系统各有优势, windows的系统使用图形化界面, 使用方便, 进行管理不要记得很多命令, 而linux的系统有很大的价格优势, 并且稳定性高。跨平台软件的开发使用是一个理想的方向, 在每个产品上完全实现还有困难, 这就要求我们计算机网络管理人员必须全面了解这两种主流的产品。
现在台式机或笔记本计算机完全可以胜任windows或linux网络操作系统的工作。使用第三方的VMware虚拟化软件, 具有良好的移置性和稳定性, 可以在一台计算机上虚拟出多个计算机硬件平台, 安装网络操作系统, 与其他虚拟硬件 (如dynamips、penu等虚拟的硬件网络设备) 或计算机进行通信, 在一台计算机上虚拟再现真实世界的计算机网络通信。
当然还有许多其他功能类似的模拟器或是虚拟机, 不尽能阐述。模拟器和虚拟机无法取代真实的路由器、防火墙和服务器等硬件设备, 但是它们可以帮助我们利用有限的资源, 开展生动有效的计算机网络学习、研究和教学。
摘要：本文结合当前中等专业学校计算机网络课程教学资源有限的实际情况, 分析了在学习、研究和教学过程中使用模拟器和虚拟机软件的优越性, 介绍了网络入门课程CCNA、深入的网络知识及安全课程和网络操作系统课程的特点, 以及在这些课程中使用模拟器和虚拟机, 开展有效的学习、研究和教学活动。
计算机考试模拟试题 第5篇
【网络综合 - 职称计算机考试试题】
1、在Windows中，连续选择多个文件时，先单击要选择的第一个文件，再按住( B )键并单击选择最后一个文件
A、Ctrl B、Shift C、Del D、Tab。
2、在“资源管理器”窗口中，如果想一次选定多个分散的文件或文件夹，正确的操作( B )
A、按住Ctrl键，用鼠标右键逐个选取 B、按住Ctrl键，用鼠标左键逐个选取
C、按住Shift键，用鼠标左键逐个选取 D、按住Shift键，用鼠标右键逐个选取
3、在Windows2000中，不能由用户指定的文件属性是( A )
A、系统 B、只读 C、隐藏 D、存档
4、在Windows2000的资源管理器窗口中，若希望显示文件的`名称、类型、大小等信息，则应该选择“查看”菜单中的( B )
A、列表 B、详细资料 C、大图标 D、小图标
5、在Windows2000中要删除一个被选定的文件时可以使用( D )
A、Shift+空格 B、Alt+D C、Shift+D D、Ctfl+D
6、频繁的存储和删除文件、安装和卸载程序会影响系统性能，这是因为( B )造成的
A、磁盘空间不多 B、硬盘碎片太多 C、CPU越来越慢 D、内存消耗太大
7、在Windows2000中，如果需要快速地在英文输入法与已设置的中文输入法之间进行切换，可使用( C )
A、Shift+空格 B、Ctrl+句点 C、Ctrl+空格 D、Ctrl+Shift
8、Windows2000系统文件命名规则有( C )
A、文件或文件夹名最多可达到256个字符
B、用户可使用多间隔符扩展名
C、文件或文件夹名可以有空格，但不能有以下符号：? * ” ： / < > |
D、Windows2000可以利用大小写区别文件或文件名
9、在Windows2000中，如果用键盘在应用程序之间进行切换，可按住Alt键，同进按下( D )键
A、Shift B、空格键 C、Ctrl D、Tab
10、当程序因某种原因陷入死循环，按住( A )能较好地结束该程序
A、Ctrl+Alt+Del键，然后选择“结束任务”结束该程序的运行
B、Ctrl +Del键，然后选择“结束任务”结束该程序的运行
C、Alt+Del键，然后选择“结束任务”结束该程序的运行
关于计算机虚拟实验模拟系统的研究 第6篇
[关键词]虚拟实验；计算机；创新教育
[中图分类号]F224-39[文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）06-0071-01
一、技术应用
系统为CS客户端-服务器结构。该结构通过将任务合理分配到Client端和Server端，降低了系统的通讯开销，可以充分利用两端硬件环境的优势。核心代码均使用C#语言编写。系统的开发环境为Visual Studio2005集成开发环境，用户可以在该环境中使用C++、.NET、VB、C#等编程语言进行算法和系统的实现。系统的后台数据库采用的是SQL2005，它为数据管理与分析带来了灵活性，允许单位在快速变化的环境中从容响应。
二、虚拟实验平台的实现
所有的虚拟设备和虚拟实验项目都建立在一个统一的平台之上。该平台式必须是一个虚拟实验的集成环境，通过该平台，用户可以对多种操作进行结合，完成各种复杂的工作任务。
最上边的是菜单栏，通过菜单栏，用户可以选择文件操作，编辑方式，上传下载等功能；菜单栏主要用来对平台进行管理，方便用户的个性化使用。左边的是虚拟设备栏。该栏目根据虚拟设备的不同，将设备分放在不同的设备类别中，当用户选择某个类别时，可以展开所有的虚拟设备，通过鼠标操作可以方便的选择和拖动虚拟设备。中间的核心区域是编辑区域，所有的虚拟实验的操作都在该区域中实现，包括设备的拖动、连接和电路联通等。右边的栏目是辅助菜单栏。通过它，用户可以了解自己的操作流程历史记录，通过点击可以返回到记录中的任何步骤。用户还可以从该栏目中找到联机帮助，通过帮助，学生可以解决系统中已经记录的相关问题。最下面的栏目是状态信息栏，它主要提供一些额外辅助信息，如登录时间，当前的系统版本号，显示方式，登录方式等。
三、虚拟实验的虚拟设备实现
虚拟设备是计算机虚拟实验系统中的最基本元素，通过对它们的操作可以完成复杂的虚拟计算机实验项目。虚拟实验系统中的虚拟设备，每个设备都具有众多的属性，这些属性对虚拟设备的基本型号以及可执行的操作给出了详细的说明，有重要意义，需要对它们统一管理。采用面向对象的基本思想，本虚拟实验系统统采用JavaBean组件技术开发虚拟设备，从而增加虚拟设别模型的可重用性。
在系统中，所有虚拟设备的公共属性都定义在父类Component中。当构建一个新的元件时，需要从父类Component中继承。因此，当开发或者设计具体设备时，只需要关注组件的特有属性和功能方法，大大提高了组件的开发效率。当需要设定一个新的设备时，需要对该设备的各种属性进行描述。为了方便表达和管理，对于每一个设备，使用XML文档对其相应属性进行存储。XML是一种标记语言，具有可扩展性、结构化的特点。以CPU为例，为其建立的虚拟设备的XML属性描述文件。描述了系统中的某CPU虚拟设备。
四、虚拟实验的设备的多线程运行实现
在一个规模较大的虚拟实验系统中，用户需要使用多个虚拟元件才能完成一个实验项目。这些虚拟元件有各自的独立性又保持着相互联系。在一个完整的实验项目中，为了不影响各元件的独立运行，需要对每个元件分配独立的线程。线程的建立可以通过Java中的Thread类进行实现。
如果该设备需要和其他设备进行通信，则需要为该设备设置监听端口。当学生将所有设备连接到一起时，可以开启实验，这时，各个线程将逐一启动。num为系统中需要启动的所有线程的数量的和，通过代码的循环结构，使得每一个线程都被初始化，这里的线程对象VThread继承了Thread线程类，当线程初始化结束后，可以通过run（）方法来对某个线程所要执行的功能进行调用。以时钟信号发生器为例，它是一个特定的虚拟设备元件，它继承自Component父类，和线程父类。当一个类继承了Thread类后，可以在线程中添加特定的执行代码。
五、虚拟实验交互功能实现
在本虚拟实验系统中，交互功能分为两个方面，一是用户和虚拟设备之间的交互。二是虚拟设备之间的交互。这两方面从不同的角度实现了系统的可操作性。
首先是用户和虚拟设备之间的交互。这样的交互过程是用户和计算机软件进行沟通的过程，通过鼠标动作，虚拟实验系统能够识别用户的操作意图，并且根据用户的具体操作，对给定命令做出反应。用户定义的操作有鼠标左键点击、拖拽、鼠标右键点击、鼠标双击等。这几种鼠标操作可以实现全部的对可视化界面中的虚拟设备的管理。为了实现这一个过程，可以设置监听器，对鼠标动作进行监听，当监听器注意到新的鼠标动作时，则通知系统做出合理的反应。对于鼠标时间，首先启动一个监听线程，该线程负责监听鼠标在什么时间发生了什么样的状态改变。当状态改变时，系统会逐一对可能的状态进行判断，当状态为左键单击时，启动选择虚拟设备函数；当状态为右键单击时，启动显示设备信息函数；当状态为鼠标拖拽时，启动移动虚拟设备函数；当状态为鼠标双击时，启动打开虚拟设备属性面板函数。另一种重要的交互式虚拟设备之间的交互，即一个虚拟设备发生改变时，其他的虚拟设备也要发生相应的变化。这种虚拟设备间的触发机制可以被理解为设备之间的交互。
在系统使用中，定义了三类角色，学生用户、教师用户和管理员用户。每类用户均实现了自己的功能。对于学生用户，他们可以完成实验选择、实验操作、实验结果上传和疑难问题提问等功能；对于教师用户，他们可以完成问题解答、班级管理和实验结果评阅等功能；管理员是系统的最高权限拥有者，他们可以对系统的整个运行进行管理，包括学生管理、教师管理和实验模型管理。
六、结论及展望
由于计算机实验设备昂贵、占地较大等因素，相对于传统的实验模式而言，虚拟实验方式有其独特的优势，这些优势包括：虚拟实验只需要创建在普通微机上即可，缩小的占地面积，即使是极其复杂的、需要大量实验设备的实验也可以再微机上通过虚拟系统完成；由于虚拟系统采用了虚拟的方式，不用担心硬件因为误操作而引起的损坏问题，同时这种自由的操作方式大大地提高的学生学习热情和创新能力，更加利于教学活动的开展。今后还需要在以下方面做出努力，以提高系统的性能和发展空间：
（1）系统对3D模型的应用较少，为了达到更好的教学效果和操作便捷性，将考虑使用3D模型对系统的虚拟设备进行构建。
（2）进一步加强系统的可视化操作能力。
参考文献
[1]J.de LaP&，M，Alfonseca，Visual Interactive Simulation for DistanceEducation，SIMULATION，2003，79（1），19-34
[2]刘井利，基于WWW模式的虚拟实验室系统，广东职业技术师范学院学报，2000（4）
[3]易小琳，王鑫，网上计算机系统虚拟实验室的研究，计算机工程，2002，28（11），243-244
轧制温度计算机模拟研究 第7篇
1 轧制过程带钢的传热方式
轧制过程存在着辐射、对流、热传导、变形热、摩擦升热等多种相互交替的热量转换方式。在轧制过程中, 影响带钢温度变化的因素十分复杂, 为了便于过程的设定计算, 假定[2]:
(1) 忽略传送辊道对轧件温度的影响;
(2) 假定温度在带钢厚度方向上均匀分布, 假设轧件上下表面热量得失完全对称, 而且沿厚度和宽度方向温度均匀;
(3) 将带钢在轧制过程中的传热简单划分成各个区域, 并将各区域的传热方式单一化, 即只计算各区域的主要传热, 而忽略其它方式的传热;
当带钢位于某一传热区域, 如空冷传热区域时, 只考虑带钢对空气辐射散热;当处于喷嘴作用区域时, 只考虑水冷强制对流散热;处于轧制区域时, 考虑带钢与工作辊的接触导热、带钢与工作辊的摩擦升热以及带钢因变形而升温。
2 轧制过程的温度计算
2.1 空冷区的温度计算
带钢自由表面在空冷过程中, 温降主要是辐射造成的热量损失, 同时也存在自然对流冷却 (空气) 。辐射的热量损失与温度的四次方成正比, 因此在高温时辐射损失远远超过了自然对流损失, 当轧件温度在1000℃左右时自然对流热量损失只占总热量损失的5%左右[3,4], 因此可以只考虑辐射损失。
2.2 水冷区的温度计算
水冷区包括三种类型的冷却区域:除磷水冷区 (FSB) , 轧辊冷却水冷区, 机架间喷水冷却区, 三者模型形式相同, 区别在于水冷热交流换热系数不同。水和带钢表面接触将使轧件产生温降, 这种热量损失属于强迫对流。
2.3 轧制区的温度计算
目前所有的温降模型以粗轧区出口点实测温度作为依据, 由此来计算精轧区的各种温度参数。由粗轧出口实测温度作为初始温度, 经过粗轧与精轧之间的中间辊道, 这区间按照空冷温降模型计算精轧开轧温度, 公式中的带钢辐射率根据保温罩开启个数进行插值计算。
轧制过程中的冷却区域划分如图1所示。如果机架间喷水开启, 区域 (4) 则按照水冷计算, 喷水关闭时按照空冷计算。
轧件在轧辊中轧制的温度取决于以下三种因素:轧件与轧辊间的热传导而引起的温降, 因变形热引起的温升, 因摩擦热引起的温升。
3 轧制温度的模拟计算
3.1 精轧机组温度预报计算程序框图
3.2 验证
在精轧机组的出口处有高温检测计, 带钢在精轧出口的温度可以直接测量。根据上述模型, 编制了热连轧精轧终轧温度设定离线模拟软件, 选取钢种为Q235B和510L两种带钢, 并结合现场实际轧制参数, 计算带钢在精轧机组中轧制过程各机架轧制温度和终轧温度的预报值, 与现场间接测量值和直接测量值做比较, 如图3、图4所示:
通过大量收集现场的实际轧制数据, 利用本文所述模型计算出的带钢轧制温度与实际值之差在15℃之内, 验证了所建模型的正确性。
4 结论
本文针对热连轧精轧机组间热量的传递方式进行了详细的研究, 建立了精轧温度预报模型, 通过终轧温度预报的模拟计算, 验证了模型的正确性。所做的研究工作对新产品开发起到了较好的指导作用。
摘要：温度在热连轧轧制过程中起着重要的作用, 本文研究了热连轧精轧轧制过程中的传热形式, 给出了温度预报的计算方式, 建立了热连轧精轧离线温度预报模拟软件, 通过计算验证了预报模型的正确性。
关键词：热连轧,温度模拟计算,研究
参考文献
[1]祝孔林, 单旭沂, 巴利颖.2050mm热轧终轧温度预测模型优化[J].轧钢, 2006, 23 (04) :45-47.
[2]龚殿尧, 徐建中, 薛文颖, 刘相华, 王国栋.热连轧带钢终轧温度模拟软件开发[J].钢铁研究学报, 2007, 19 (01) :60-62.
[3]孙一康.带钢热连轧的模型与控制[M].北京:冶金工业出版社, 2002.
计算机体系结构软件模拟技术 第8篇
因为计算机的系统在不断完善、复杂, 所制造时花费的时间也会有所延长, 且成本提升。而且为保证质量, 在这过程中需反复的验证, 一般而言需要4-7年时间, 成本高。
1 计算机体系结构软件模拟技术的发展情况分析
计算机系统中处理器不断变化而发展起计算机体系结构软件模拟技术。上世纪八十年代中叶, 多数计算所使用的系统是数据驱动技术, 此技术是对计算机已运行数据进行收集并实施相关命令。在了解到掌握到计算机运行数据基础上对处理器特点、结构分析, 发现其中的问题。此技术也被称为:基于命令实施的轮廓静态建模。之后的研究在这基础上提出性能分析模式技术。其结构在设计上, 质量有了很大的进步, 大减少了成本。本来这项技术已得到了非常广的运用, 但无法反映计算机细节内容, 适用范围小且精确度不高, 所以最后还是要对此技术进行。而计算机体系结构软件模拟技术就是这样产生的。
2 计算机体系结构模拟的分类
因为这个体系结构软件模拟技术研究和开发已有了一定的历史, 此技术的特点是多元化。当前使用各类技术体系结构模拟器非常多, 大概有几百种且类型复杂。
按照处理器个数分为:单处理器系统模拟、多处理器系统。
按照命令形式可分为:单命令模拟结构、多命令模拟结构。
按照损耗情况可分为:耗能模拟结构、性能模拟结构。
按照模拟器角度分为:开发型模拟结构、运行模拟结构。
3 当前计算机体系结构软件模拟体系所表现出的问题
3.1 简析计算机体系模拟技术
和之前计算机模拟技术对比, 此模拟技术的灵活性更强, 可在不同级别对计算机系统进行模拟, 按使用者需求选择任意详细程度的模拟与复杂程度。此外此模拟技术还可以提供性能预测平均值, 且对计算机中动态信息也可被归入至分析的范围中, 可分析计算机中动态信息的特点与规律。
基于上述优势, 在二十世纪的八十年代末中叶该技术快速主流。通常我们认为此技术有两个部分, 即功能性和性能性模拟。
功能性模拟器是对模拟目标体系、结构进行模拟, 功能:检验已开发计算机产品体系、结构功能是不是可以满足用户需求, 重点在于关注运行数据的正确与否。
至上世纪九十年代末期, 执行驱动虽成本较高, 但已取代了问题较多驱动跟踪技术成为了主要技术。
3.2 计算机体系结构模拟技术开发所存在的问题
3.2.1 开发难度比较大
因为计算机系统的复杂性, 如果要将所有门电路、晶体管等特征全通过软件模拟是无法实现的。一般情况下对计算机系统按层抽象来简化系统的复杂程度, 但是往往进行简化后计算机的系统还是比较复杂的, 这样对模拟器的开发就提出了一定的要求。
当前系统主要是运用两种语言开发体系结构软件的模拟器 (C编程、C++语言) , 用这些结构化的品德语言对计算机系统部件功能和行为进行模拟的时候, 花费的时间很长而且比较容易出错。这是因为在对计算机体系结构软件模拟器进行开发的时候是在当前基础进行二次开发或改进的, 但这种二次或改进开发仍很困难。需要对模拟器进行多次、反复的模拟来增加评估体系结构的可信程度。而这些都加大了模拟器的开发难度
3.2.2 评估新设计时, 运用时间长
作为运行程序, 模拟器对计算机系统的详细模拟时, 等待程度需在周期上记录动态命令运行出的结构和处理器状态。这些数据量是很大的, 在一定程度上会降低详细模拟的运行速度。
随着处理器性能的提升、完善, 国际组织SPEC为对处理器性能进行评估, 发布了新的标准程序包, 以此来测试性能。在这些标准化性能测试程序包含了有很多个极大负载性能测试程序, 通过各个方面对处理器的性能进行相应的测评。
为保证模拟结果的准确, 在模拟器运行标准化性能程序包为一种可用法。针对硬件来说运行慢的模拟速度是负载大的测试程序, 会花费过多的时间。根据不同模拟的目的, 参考使用输入参数情况下, 运用时间有可能需要若干年的时间。这时在体系结构层次中, 有许多可以配置的参数, 且不会独立影响系统, 只需要修改某个参数, 需重新运行模拟测试程序。如果想到得到好的计算机体系结构, 模拟运行会花费非常长的时间。
4 计算机体系结构软件模拟技术开发的解决方法
4.1 减少相应参数的输入
对于性能测试程序中, 一些参数进行合理调整, 减少模拟器运行性能测试程序的运行时间。这个方法仍运行测试程序中的所有命令, 只运用比较少的参数输入进行相应的模拟运行, 并把模拟运行结果代替原有输入参数集的运行结果。此法在很大程度上可提升模拟器运行的数度。
4.2 减少命令数量
合理和科学的选择一些模拟命令, 并且对进行标准化的性能测序程度, 这类模拟命令的运行结果可以代替最开始的结果。提高模拟的精准度和速度的关键在于如何才能科学、合理的对这些运行命令进行选择。通常有2种方法:
(1) 直接选取连续命令, 并采用统计法进行命令的抽样选取, 方法简单, 但缺点是模拟的精度不高;
(2) 运用统计法抽样进行, 虽精度度高, 但操作复杂。
5 结束语
综上所述, 随着科技的继续发展, 人类对计算机功能不断提出新功能需求。计算机体系结构软件模拟技术也会不断发展, 成为软件开发技术的关键。
摘要：对当前的计算机系统来说, 计算机体系结构软件的模拟技术是不能缺少的环节, 与原系统相比, 该技术可在一定程度在减少软件软件产品设计时长, 节省了产品设计时所需要的资金, 可以说是对当前计算机市场开发非常有有利的工具。可是当前, 此计算机体系结构软件模拟还是有一些问题还是需要改进的, 包括测试时间、精确度不准确等等都在某种程度上制约了此技术的运用。而且这些问题到现在为止仍存在, 虽然有很多的从业人员在不断努力, 但然没找到解决的途径。该文在分析计算机体系结构软件模拟技术的发展史的上基础上, 把当前技术整理、分类, 为今后从来此研究的人员提供一些可靠的建议。
关键词：计算机,结构软件,模拟技术,计算机体系,探讨
参考文献
[1]喻之斌, 金海, 邹南海.计算机体系结构软件模拟技术[J].软件学报, 2008 (01) .
浅谈DS理论的计算机模拟 第9篇
概率推理方法中最早使用的是不确定因子方法,它是由Shortliffe和Buchanan于1975年提出并用于处理MYCIN系统中的不确定信息,不确定因子方法在给定证据下假设的信任程度的增量与怀疑程度的增量的差的标准化值,作为假设的信任度计算公式。标准化后的数据在[-1,1]中,-1表示假设的否定被确认,+1表示假设被确认。1976年,Duda提出了主观贝叶斯方法,并应用于探矿专家系统PROSPECTOR的设计,这种主观贝叶斯方法主要基于贝叶斯公式和变形的贝叶斯公式来计算给定证据下的假设承认的概率。1985年,Pearl给出了信息网络方法。信度网现在被广泛用于不确定性知识的建模和推理计算,被用于决策分析、时序分析和预测等不同的领域。
证据理论方法又称为D-S理论,最早是在20世纪60年代由Dempster提出,20世纪70年代经Shafer发展成为比较完整的形式。证据理论使用取值在[0,1]中的信任函数和似然函数两个数组成的区间表示在给定证据下对于假设的估计与评价。D-S证据理论用于多平台协同数据融合的领域,具有较好地应用价值。未来将D-S方法与其它相关理论进行有机的结合是其主要发展趋势之一。
在DS证据理论中,由互不相容的基本命题(假定)组成的完备集合称为识别框架,表示对某一问题的所有可能答案,但其中只有一个答案是正确的。该框架的子集称为命题。分配给各命题的信任程度称为基本概率分配(BPA,也称m函数),m(A)为基本可信数,反映着对A的信度大小。信任函数Belgium(A)表示对命题A的信任程度,似然函数Pl(A)表示对命题A非假的信任程度,也即对A似乎可能成立的不确定性度量,实际上,[Bel(A),Pl(A)]表示A的不确定区间,[0,Bel(A)]表示命题A支持证据区间,[0,Pl(A)]表示命题A的拟信区间,[Pl(A),1]表示命题A的拒绝证据区间。设m1和m2是由两个独立的证据源(传感器)导出的基本概率分配函数,则Dempster联合规则可以计算这两个证据共同作用产生的反映融合信息的新的基本概率分配函数。
计算机模拟技术是一门利用计算机软件模拟实际环境进行科学实验的技术,是20世纪50年代发展起来的新兴学科,随着计算机技术的发展,利用计算机对系统进行模拟越来越受到人们的重视,当研究的系统很难建立数学表达式时,用计算机模拟方法就能比较容易得到解决。计算机模拟是建立在数学模型基础之上的,通过计算机进行实验研究,对一个系统按照一定的规则由一个状态变换为另一个状态的动态描述和分析。当研究的系统参数由专家们给出时,工作量将十分繁重,同时也不能够保证推理的准确性。为了解决这一问题,本文利用计算机能够模拟人的思维的特点,采用计算机模拟技术来解决证据理论的推理问题,能够快速、准确地模拟专家给出相应的经验值,这样可以节省大量的人力、时间,提高经验值的准确性。
在实现DS理论计算机模拟技术时,我们可以采取以下理论过程:
(1)分析不确定性推理中的不确定性,研究知识、证据不确定性的表示与度量,对不确定性推理中不确定性匹配的算法以及阈值的选择,组合证据不确定性的算法,不确定性的传递与合成算法进行初步分析研究;(2)简要分析概率方法、主观Bayes方法、信度网、证据理论、确定性因子、模糊逻辑与模糊推理等常见的不确定性的知识表示、传递算法和推理方法以及面临的困难;(3)研究D-S理论方法:分析证据理论中的概率分配信任函数,似然函数,研究信任函数中信任程度的推导,信任函数与似然函数的关系及真假信任度;(4)研究计算机模拟的相关理论知识,分析模拟原理、建立实现模拟过程的模型。用计算机模拟方法对基本概率数进行详细研究分析;(5)利用统一建模语言UML进行系统建模和程序流程的描述,使用面向对象的方法来分析系统,建立面向对象的系统模型,设计实现其中的重要算法。采用面向对象的程序开发设计语言C和热门的跨平台动态Web应用开发技术JSP,利用UML建立的模拟系统模型,开发实现基于B/S结构的模拟系统;
以上是实现DS理论计算机模拟的理论药店,本文正在进一步研究过程之中,希望能够通过典型实证分析,将所研究的理论与方法应用于矿业生产的实际应用关于不确定性数据的处理中,以推动理论方法的不断改进与完善。
摘要：人工智能在二十世纪五十年代诞生以来,在崎岖不平的道路上取得了可喜的进展,作为人工智能学科范畴的DS理论已广泛应用于各行业的不确定性信息处理方面,本文重点阐述了计算机模拟DS理论的方法。
计算机体系结构软件模拟技术 第10篇
关键词：计算机体系结构软件,模拟技术,问题,措施
计算机体系结构软件模拟技术的主要功能是通过软件技术来对系统结构级别中的计算机硬件的性能和功采用计算机能进行模拟分析。为了保证计算机系统运行的稳定性, 在计算机系统制造与设计的过程中必须要通过计算机体系结构软件模拟技术对计算机体系结构设计进行验证和模拟, 合理的采用该技术有利于在最短时间内实现更多方案的评估与考察, 从而选择出最优的设计方案。
1 计算机体系结构软件模拟技术开发过程中存在的问题
1.1 技术开发难度大
计算机系统的建立具有广泛的复杂性, 采用软件模拟技术不能把计算机内部机构的每个电子元件的特性都进行模拟, 因此在模拟技术的设计过程中需要对计算机系统进行简化以便方便建模模拟, 从而得到计算机体系结构。但就目前的研究水平来说, 简化过的计算机体系结构仍具有一定的复杂性, 使得软件模拟器的开发较为困难。目前在相关模拟器的开发过程中, 采用的多是C或C++编程语言, 这两种编程语言都是属于串行结构化的语言固有机制, 因此采用这种机制对计算机系统的部件行为或功能进行模拟容易造成错误, 而且所花费的时间一般也较长, 并且初步开发之后也需要进行反复的验证之后才能够实现结构设计的准确性。
1.2 设计评估时间长
在前期的设计完成之后, 需要对模拟器的设计进行相关的评估。模拟器往往都是应用在计算机上的运行程序, 在对计算机系统进行相关模拟的过程中, 通常会对动态指令运行出来的结构与处理器的状态在时钟周期的级别上进行记录, 这会产生巨大的数据量, 随着性能的不断完善将会不断降低模拟运行的速度。在相关模拟软件发布之前, 需要对新标准程序包从多个角度进行测评, 往往需要进行多个负荷较大的性能测试程序。为了可以提高模拟结果的可信程度, 在模拟器中采用标准性能测试程序包是十分必要的, 而根据模拟目的的不同输入不同的参数, 其进行评估所用的时间需要几个月甚至几年。在体系结构程序的各个参数都是相互耦合的, 因此在对其中的某一个参数进行修改时, 就需要对模拟测试程序进行重新运行, 这将更大延长设计评估的周期时间。
1.3 模拟器研发精度低
随着近些年的发展, 计算机体系结构软件模拟技术的精确度已经有了明显的提高, 但是目前仍然无法通过单一的模拟方式来辅助计算机系统体系结构的设计。考量模拟器开发的过程, 其设计流程包括:理解目标体系的组成结构;根据目标体系的结构进行模拟器的研发;模拟器的实际应用, 但在具体的设计过程中这些环节都易出现错误。首先, 在第一个环节中, 若是没有对目标进行正确的理解, 没有正确认识软件开发的重点内容, 就容易发生错误。在第二个环节中, 容易忽略相关功能的设计细节。在第三个环节中, 较为常见的错误是模拟器编码的异常。
2 计算机体系结构软件模拟技术相关问题的解决措施
2.1 减少标准性能测试程序输入的参数集
为了减少性能测试程序在软件模拟器上的运行时间, 可以通过修改性能测试程序的参考输入参数集, 来减少标准性能测试程序的输入参数集, 这种方法可以实现通过减少输入参数集的方式来减少模拟运行的时间, 而同时又不需要改变在标准性能测试中的程序指令, 这样可以在最大限度内缩短模拟器运行性能测试过程中所消耗的时间, 在测试的最后把模拟运行结果代替原有的输入参数集运行结果, 在缩短运行时间的同时又可以有效的提升模拟运行精度。
2.2 降低模拟运行指令的数量
降低模拟运行指令的数量主要是指在保证标准性能测试程序参考输入参数集数量不变的情况下, 对其中的指令模拟进行选择, 并将这部分选择所得的指令模拟运行之后得出的结果作为整个程序指令运行的结果。在软件设计过程中, 对部分指令进行选择的过程中, 需要考量的参数就是执行速度和模拟结果的精度。在实际的应用过程中, 常有两种方法可以减少模拟运行指令数方法, 首先减少模拟运行指令数的方法可以通过直接截取连续指令的方法进行模拟, 然后将这段连续指令输入模拟器执行, 这种方法截取的就是一段指令而不可以截取多条指令。另一种方法就是采用统计采样的方法来选取模拟运行的指令, 这种方法是采用统计学的原理, 从子集来对全集进行推论以确定整个模拟执行的全过程, 采用这种方法的前提必需保证模拟结果可以准确代表所有指令模拟执行的结果。
3 结束语
随着社会的不断进步以及科学技术的发展, 人们对于计算机的要求逐渐的深入。在未来的生产生活中不难预测, 计算机体系结构软件模拟技术在今后的很长一段时间内将会是制约行业发展的重要工具, 虽然目前相关体系结构软件模拟技术还没有十分成熟, 但经过相关技术人员的不断研发将会不断完善。由于该技术的重要技术, 因此在今后很长时间内该技术的研发工作将会是计算机从业人员的主要研究内容。相较于国外, 我国的体系结构软件模拟技术研究投入的资金和人力都较小, 只有部分的科研单位和学者在进行相关研究, 鉴于该技术的重要作用, 在未来我国应该鼓励更多的研究人员投身其中, 来保证我国计算机软件模拟工作的长远发展。
参考文献
[1]王民平.浅议计算机模拟信息技术的发展以及主要存在的问题和不足之处[J].现代化计算机科学技术资讯, 2011, 10:122-134.
[2]张义军.试论现代化的计算机科学技术的发展以及相关的计算机体系结构软件模拟技术的进步[J].计算机科学技术概论, 2012, 11:112-125.
计算机模拟技术在排水管理中的应用 第11篇
摘要：对于较为复杂的工程管理，人工尝试往往受到主观因素和计算量大的限制，存在着可行的模型被忽略的可能性而徒劳无功。本文讨论了排水管理计算机模拟的基本内容与方法，提出了开展排水管理计算机模拟的研究思路，指出了计算机模拟技术在排水管理中的发展方向和工程应用前景。
關键词：排水管网；计算机模拟；管理模型
前言
计算机模拟技术，是在排水管理中应用较广的一种计算方法。它是通过计算机仿造系统的真实情况，针对不同系统方案多次计算（或实验），对照优化模型，向人们提供一个“政策分析”的工具，决策人员可以试验各种虚拟假设的水管理政策，借助计算机模拟结果作为决策的重要参考依据。根据计算机模拟技术在排水分析中的应用过程，总结出采用计算机模拟技术，来进行排水策模拟实验的方法步骤：首先对问题进行调查分析，其次建立定量优化模型，然后拟定排水管理政策，最后通过政策分析与模型使用效果分析，评估模型，从而及时为城市暴雨事故抢险和雨季交通管理等提供科学决策依据。
1、计算机模拟技术概述
计算机模拟技术，是仿造真实物理系统的情况下，利用电子计算机模型（或模拟程序），模仿实际系统的各种活动，为制定正确决策提供论据的技术。应用计算机模拟技术解决实际问题的主要内容与步骤有以下3个：
1）建立系统的计算机模型（或模拟程序）；
2）运用模型进行计算（或实验）；
3）分析模拟计算结果，并做出决策。
必须解决的几个关键问题如下。
①建立可靠的模拟模型 计算机模拟能否反映客观实际、能否得到有价值的输出结果与建立的模拟模型好坏关系密切。只有建立可靠的模拟模型，才有可能保证输出结果可信。
②确定输入，也就是如何划分拟选方案 在多数情况下，可以针对具体情况来人为确定所要模拟计算的输入，也可以使用优选技术（如网格法、对开法、切块法等），逐步优选方案，作为输入。
③输出结果择优标准的确定对于众多模拟方案的输出结果，到底选择哪一个方案要有明确的判定标准[1]。
2、雨水管网模拟技术
2.1基于数学模型的动态规划方法
图1基于数学模型的排水管网动态规划流程图
利用排水管网模型开展排水管网的规划是一个多次叠加的复杂计算过程，其步骤如图1所示。首先根据城市规划的相关GIS基础地形图、CAD地形图和土地利用规划图等空间数据进行排水管道的定线；然后对污水量进行估算和分配，或对降雨径流进行空间分配，基于推理公式法进行排水管道规划模式下的水力计算，初步确定排水管网各管段和节点的设计参数，并对相应的规划方案进行调整；在规划方案完成后，可根据城市规划信息，构建规划情景下的排水管网模型，通过选择模型的各类参数数值，实现对规划方案更为准确和可靠的描述；最后，利用模型对不同规划情景下的管道充满度、水位、流速等进行模拟，以此分析整个规划管网系统的运行状况，并根据计算的管网负荷状态对规划方案进行调整和优化，再调整模型对规划方案进行模拟计算与评估，直到规划方案满足多个规划情景下管网正常运行的技术要求。
2.2排水管网模型简介
SWMM模型是一个对城市区域排水系统的水量和水质变化规律进行综合模拟分析的计算机模型。SWMM将城市排水管网系统中的水文和水力要素概化为管线（Link）、节点（Node）和汇水区（Catchment）三种类型。用非线性水库模型模拟地表径流，用圣维南方程演算管网的输送过程，用累积一冲刷模式模拟地表径流的污染。SWMM模型可用于城市区域降雨径流、合流制管道、污水管道和其他排水系统的规划设计、情景分析和方案评估等多个方面，包括为控制城市内涝而设置的各类排水设施的选择与设计、为减少CSO而制定管理策略、为掌握人流和入渗对污水管溢流的影响而进行系统评估、为开展城市非点源污染研究以减少雨季非点源污染负荷而制定控制措施等。在基础数据满足建模要求的前提下，SWMM模型也可应用于非城市区域的分析与模拟[2]。
2.3排水管网模拟软件简介
由于排水管网模型可以对城市排水系统进行全面的分析和模拟计算，为排水管网管理提供决策所需的计算分析数据，国内外目前有很多对城市排水管网进行建模和分析的模拟软件，以提高复杂模型构建与模拟结果分析的工作效率，这些软件大都以SWMM模型作为核心计算引擎。这不仅因为SWMM模型是免费提供的，而且由于它可以全面地对城市排水管网运行中的各种情景和管网设施进行模拟分析。但是SWMM作为一个专业的模拟模型，对使用者的专业化要求比较高，而且由于SWMM模型本身与GIS技术的集成度不高，造成了建模过程复杂繁琐，模拟结果可读性差等问题，对排水管理的实际业务支持明显不足，从而制约了模型的广泛应用。鉴于此，目前国内外有多家环境与水资源工程咨询公司或软件公司致力于SWMM模型的二次开发，通过建立界面友好、操作便捷的模拟软件，可显著提高模型的实用性。
2.4排水管网模型的参数识别
排水管网模型中所涉及的参数可分为确定性参数和不确定性参数两类。确定性参数通常是管长、管径等几何参数，可通过GIS工具和相关数据提取获得较真实的数值，在模型构建的过程中可直接使用而不需要率定；对于不确定性参数，通常无法通过测量手段得到其准确值，也有可能由于相关资料缺失而导致无法提取。在初步构建排水管网模型并对获得的监测数据进行整理与分析后，可通过研究区域的大量相关数据，结合经验进行参数取值范围的设定，并在不确定性环境下对模型中的不确定性参数进行参数识别，以使模型更加真实的反映排水管网的客观排水规律[3]。
2.5实际工程中排水管网建模的难点与关键问题
（1）实际工程中排水管网建模的难点
排水管网模型建模与分析中重要的数据包括管网数据、模型参数和监测数据。其中，管网数据由城市管道和检查井等排水构筑物的尺寸、高程等数据组成，决定了模型模拟区域排水管网的结构特征；模型参数决定了模型中雨污水的产汇流与传输特征；监测数据则是用来调整模型参数与验证模型准确性的重要依据。
火灾计算机模拟技术发展现状浅析 第12篇
目前,围绕建筑物的火灾危险性分析,国外已开发出相当数量的以计算机模化和工程计算为代表的分析设计工具,如:美国的FPETOOL、ASET(有效安全疏散时间计算程序)、CFAST(多室火灾与烟气蔓延程序)、FDS(场模拟程序),英国的JASMINE程序和日本的BRI程序等。此外还有一些与性能化设计配套使用的综合程序,如加拿大的FiRECAM程序、澳大利亚的CESARE-RISK程序及美国的HAZARD1程序等。1992年,Friedman应国际火灾研究合作论坛之邀,对火灾和烟气计算机模型进行了一次广泛的调查。自这次调查后10年以来,依托强大的火灾信息数据库,这些计算机模型不断更新发展,大量新模型也不断开发涌现,它们越来越多地应用于研究和实验领域及更多尖端、复杂的计算机资源中。2003年,Stephen M.Olenick对此项工作又进行了更新,进一步推动了火灾模型的发展。
笔者根据相关的调查结果,对火灾计算机模型作以介绍。
1 火灾及烟气计算机模型
1.1 区域模型
20世纪70年代,美国哈佛大学的Emmons教授将质量守恒、动量守恒、能量守恒和化学反应原理巧妙地运用在建筑火灾的研究上,发展了建筑火灾烟气区域模型的思想。这种方法一般是把所研究的受限空间划分为不同的控制体,通常是把房间分为两个控制体,即上层的热烟气区和下层的冷空气层,并假设每个区域内的状态参数是均匀一致的,而质量、能量的交换只发生在区域与区域之间、区域与边界之间以及它们与火源之间。从这一思想出发,根据各物理量之间的相互关系及质量、能量守恒原理导出一组常微分控制方程,通过解这组方程来预测火灾状态参数(如压力、温度、体积等)随时间的变化情况。
1.2 场模型
场模型也称作CFD模型,即计算流体动力学模型,是利用计算机求解火灾过程中各参数(如速度、温度、组分浓度等)的空间分布及其随时间的变化的模拟方式。场模型的理论基础是自然界普遍成立的质量守恒、动量守恒、能量守恒以及化学反应定律等。其原理是把一个房间划为几千个甚至是上万个小控制体,并在每个控制体内求解守恒方程,这个控制体可以是一维、二维或者三维的,因而可以给出室内各个局部的有关参数变化。通常所使用的方法有:有限差分法、有限元法、边界元法等。这种模型的计算量很大,当用三维不定常方式计算多室火灾时,需要占用很长的时间,一般只在需要了解某些参数的详细分布时才使用这种模型。但随着高速、大容量计算机的发展,场模拟计算时间长的缺点正在逐渐得到改善,因而场模拟在火灾危险分析中应用也越来越多。
1.3 探测器响应模型
探测器响应模型主要预测探测器初始响应时间。大部分这类模型用来预测感温探测器、自动喷水灭火系统及熔融探测器的响应时间,少部分是用来计算感烟探测器的响应时间。一般这类模型使用区域的方法
计算烟气和热传递,但用子模型确定探测器热敏元件对热和流场的响应。子模型的输入值通常是热敏元件的典型特征(如启动时间和启动温度)、热敏元件的位置以及火灾热释放速率。对于一些更加复杂的区域探测模型,还需要房间的几何尺寸、建筑材料等详细信息。然后,利用简化的火灾模型计算热敏元件的热量传输,以确定探测器的响应时间。
1.4 疏散模型
疏散模型用于预测建筑内居民的疏散时间。许多疏散模型借助于区域模型,用于确定建筑内居民无法承受时的起始时间,当然也有单独可用的模型。疏散模型经常用于符合设计规范的性能化设计分析及确定疏散时易造成人员拥堵的区域。许多疏散模型都十分复杂,这些模型提供了独特的计算方法,还考虑到逃生者由于火灾烟气毒气和能见度降低造成的心里影响而提供了个人偏好特征。许多疏散模型还具有图像显示功能,可以在模拟过程中看到建筑中人员的运动情况。
1.5 耐火模型
耐火模型模拟暴露于火灾中建筑构件的响应情况。这类模型中一部分是单独使用的,还有一些是和区域模型或场模型结合使用的。耐火模型原理与场模型是相同的,都是把建筑体划分为许多小体积,然后通过求解热传递和力学性质方程确定建筑物的失效时间。一般需要为建筑构件输入模型材料属性参数和边界条件。这类模型在确定梁或柱何时变形或失效时非常有用,并可以得到建筑构件内一定位置处的温度-时间曲线。由于许多建筑构件结构不同,有不同的特性,并有不同实际应用,所以在选择模型时要根据建筑构件的属性来进行。
1.6 混合模型
由于上述模型各有其不足和优点,根据具体的研究对象,将它们中的两种或两种以上的模型结合起来使用可以节约计算资源,得到准确的计算结果。目前,混合模型已成功应用于高层建筑火灾、矿井火灾、隧道火灾等场合。
2 常用的火灾模拟软件
2.1 CFAST
CFAST模型是美国消防标准与技术研究所(NIST)开发的一种计算火灾与烟气在建筑物内蔓延的区域模拟程序。该程序主要是由早期的FAST模型发展而来,它还融合了NIST开发的另一个火灾模型CCFM中先进的数值计算方法,从而使程序运行更加快速、稳定。CFAST可以用来预测用户设定火源条件下建筑内的火灾环境,用户需要输入建筑内多个房间的几何尺寸和连接各房间的门窗等开口情况、壁面结构的热物性参数、火源的热释放速率或质量燃烧速率以及燃烧产物的生成速率。该模型可以预测各个房间内上部烟气层和下部空气层的温度、烟气层界面位置以及典型的气体体积分数随时间的变化,同时还可以计算房间壁面的温度、通过壁面的传热以及通过开口的质量流率。CFAST还能处理机械通风和存在多个火源的情况。但该程序内部没有描述火灾中燃烧反应的模型,需要用户输入可燃物的热释放速率或质量释放速率和物质的燃烧热,在处理辐射增强的缺氧燃烧和燃烧产物的生成速率等方面也还存在一定的缺陷。
2.2 FDS
FDS软件是由NIST开发的一种以火灾中流体运动为主要模拟对象的计算流体动力学软件。该软件采用数值方法求解受火灾浮力驱动的低马赫数流动的N-S方程,重点计算火灾中的烟气和热传递过程。
FDS提供了两种数值模拟方法:直接数值模拟(DNS)和大涡模拟(LES)。直接数值模拟是通过直接求解湍流的控制方程,对流场、温度场及浓度场的所有时间尺度和空间尺度进行精确描述。此种方法能得到比较精确的结果,而且不需要引入任何湍流模型,但计算量相当大,在目前的计算条件下,只能用于对层流及较低雷诺数湍流流动的求解。大涡模拟将包括脉动在内的湍流瞬时运动通过某种滤波方法分解成大尺度运动和小尺度运动两部分,大尺度量通过数值求解微分方程直接计算出来,小尺度运动对大尺度运动的影响通过建立亚格子模型来模拟,这样就大大简化了计算工作量和对计算机内存的需求。
FDS是由公认的政府权威机构开发的模型,并且未受到任何特定经济利益以及与之关联的特定行业的影响和操纵,有相当多的关于该模型的文献资料,而且该模型经过了大型及全尺寸火灾实验的验证。因此,该软件在火灾科学领域得到了广泛应用。
2.3 PHOENICS
PHOENICS软件是计算流体和传热的商用软件。它是英国皇家学会D.B.SPALDING 教授和40多位博士20多年心血的典范之作,可用于求解零维、一维、二维和三维空间内可压缩或不可压缩、单相或多相流体的稳态或非稳态流动,确定流体空间内的质量、动量、热量、浓度的传递与分布,已广泛应用于航空航天、船舶、汽车、安全、暖通空调、环境、能源动力、化工等各个领域。PHOENICS软件的FLAIR模块中具有成型的火灾模块,可直接设置火源、风机、洒水喷头等。
安全分析是PHOENICS软件一个十分重要的应
用领域,其在此方面的应用已有15年之久,可用于通风/排烟分析、消防安全分析、可燃(毒性)气体的泄漏分析、污染物扩散分析等方面。而且,PHOENICS应用于消防安全分析的有效性和准确性已被众多的试验所证实。
利用PHOENICS进行消防安全分析有以下优点:
(1)可以设置各种不同的热释放速率曲线;
(2)可以模拟多种火灾参数,如能见度、有害气体体积分数等;
(3)具有多种成熟的实体模型,如火源、普通风机、射流风机、喷头等;
(4)建模方便,可以直接从各种CAD软件中导入模型,因而所建模型可以十分精细,能够很好地反映实际情况;
(5)具有丰富的湍流模型,例如各种k-ε模型、prandtl混合长度零方程模型等;
(6)具有多种燃烧模型,如3 gases mixing、7 gases等模型,以及木材、油类等物质的燃烧模型;
(7)具有多种辐射模型,如immersol、6-flux等模型,immersol模型经过多项工程应用验证,其在模拟火灾环境下的辐射传热时具有较高的准确性;
(8)具有多种网格系统,包括:直角、圆柱、曲面(包括非正交和运动网格)、多重网格、精密网格等,因而能够对各种不同形状的模型划分出有利于计算的网格。
2.4 FLUENT
FLUENT是世界领先的CFD软件,在流体建模中被广泛应用。该软件采用有限体积方法, 提供了3种数值算法, 即Segregated Solver、Coupled Explicit Solver和Coupled Implicit Solver,而其他商用CFD软件仅能提供1种。FLUENT的网格生成器(GAMBIT)具备突出的非结构化的网格生成能力,被公认为目前商用CFD 软件最优秀的前置处理器。
FLUENT软件提供了丰富的物理模型,包括理想气体模型、真实气体模型、多种燃烧模型、各种物性参数,以及旋转系统模型、传热模型、针对外流场与内流的特定的边界条件等。另外,软件包含了8种工程上常用的湍流模型,而每一种模型又有若干子模型。其他任何软件都不能像FLUENT这样提供如此丰富的物理模型。
FLUENT具有强大的后置处理功能, 能够完成CFD计算所要求的功能, 包括速度矢量图、等值线图、等值面图、流动轨迹图, 并具有积分功能, 可以求得力、力矩及其对应的力和力矩系数、流量等。对于用户关心的参数和计算的误差,此软件可以随时进行动态跟踪显示。另外,该软件一直以界面友好而著称,所以对初学者来说非常容易上手。
2.5 Building EXODUS
Building EXODUS是英国格林威治大学开发的一种疏散模拟软件,与其他疏散软件最大不同之处在于:EXODUS考虑了疏散人员之间、疏散人员与火灾之间以及疏散人员与建筑之间的相互作用,将社会因素结合到人的行为和运动中,因此能够在更短的时间内测试更多设计方案的疏散性能,从而找到最优的解决方法,摆脱了用人做实验所带来的高成本及潜在危险性。它也能够运用输入的CAD制图作为数据,用于计算,并显示建筑物在人员疏散时的“瓶颈”,能够方便地评价不同设计,以确定一个最优解决方案,这为设计者提供了更大的设计弹性,提高了安全水平。
Building EXODUS适用于超市、医院、工业建筑、火车站、机场、体育馆、电影院、购物中心、高层建筑等。无论是单一模拟还是众多模拟,运用Building EXODUS均可以产生大量数据,电子表格软件可以对这些数据进行较好的分析。Building EXODUS能够检查大量不同因素对特定场景的影响,通过改变具体参数而检查影响(行为、程序、环境和构造)产生的结果。此外,Building EXODUS能够演示图表模拟的结果,允许更多直接的平均值解释模拟的结果。
3 我国火灾模拟技术的发展现状及未来发展
我国在火灾模拟的研究方面总体上起步较晚。20世纪80年初期我国开始在火灾模化方面进行研究,随后在火灾科学、火灾动力学演化、建筑火灾烟气流动等方面也开展了大量工作,但直到1995年国家“九五”科技攻关项目“地下大型商场火灾研究”时,我国还只有少数从事此方面研究的人员对建筑物性能化设计有所认识。1996年,特别是从1997年FORUM会议以后,我国开始组织人员比较系统地搜集整理和分析研究国内外有关建筑性能化设计与规范方面的成果与信息。目前,国内由公安部天津消防研究所负责性能化防火设计规范和设计指南的编制,少数高校及实验室也开始了性能化方面的研究,在模拟思想的某些方面有了一些突破,也已有少数建筑的消防设计采用了性能化设计的理念。但总的来说,我国在评估模型的建立及其模拟软件的自主开发方面的研究还很欠缺,与国外的技术发展水平相比还有很大差距。为此,笔者结合国外火灾模型的开发经验及国内研究现状,对我国火灾模拟发展提出几点建议。
(1)加强软件性能对比评估研究,选择适于我国的模拟工具。 从一定程度上说,消防性能化设计的有效
性取决于所采用计算机模拟软件及其算法的有效性。选择较好的模拟工具或软件,可以高效率地得到较准确的结果;而一旦选择工具不适,将造成模拟结果与实际火灾存在较大偏差,会影响对对象的评估与设计,最终阻碍防火目标的实现。目前国际上模拟软件种类众多,性能也各有侧重,而我国对这些工具的使用还很盲目,缺乏一定的系统性。因此,建议从实际出发,在国内现有研究的基础上,着手对这些工具进行比较、筛选,确定几种性能优良、误差最小、与工程最贴切的工具,作为国内将来进行建筑消防安全性能设计应用的基础,并根据我国的情况逐步加以改进更新。
(2)开展火灾模拟软件适用性研究工作,加快我国相关模拟软件的开发进程。由于在性能化防火设计的试设计评估过程中经常会使用到计算机模型和模拟软件,而我国尚没有自主开发成型的评估和模拟软件,所以在性能化设计的评估阶段往往只能借助于国外已有的软件。而国外所开发软件的适用性虽然在国外消防工程师的实际工程中已经不断地得到验证,但这些专业大部分都是建立在自己国家的火灾数据库系统之上,直接用于我国的性能化设计评估有可能产生较大的误差。因此,我们需要广泛地开展火灾模拟软件适用性研究工作,加快国外软件的中国化进程,并在此基础上自主开发适合我国国情的相关火灾模拟软件。这样必定会对完善性能化防火设计体系,促进性能化防火设计工作的稳步发展起到较好的推动作用。
参考文献
[1]Raymond Friedman.An international survey of computer modelsfor fire and smoke[J].Journal of Fire Protection Engineering,1992,4(3):81-92.
[2]霍然,袁宏永.性能化建筑防火分析与设计[M].合肥:安徽科学技术出版社,2003.
[3]李引擎.建筑防火性能化设计[M].北京:化学工业出版社,2005.
[4]倪照鹏,邱培芳.我国开展建筑性能化防火设计技术研究的思路[J].消防科学与技术,2002,21(5):18-21.
计算机模拟器论文
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