Fortran与Matlab混合编程实现溴化锂水溶液的物性计算可.pdf

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1、文章编号:1005)0329(2004)01)0059)03Fortran 与Matlab 混合编程实现溴化锂水溶液的物性计算可视化王书中,由世俊,孙贺江,李秋生(天津大学,天津 300072)摘 要:简要介绍了 Fortran 与 Matlab 混合编程的基本原理,通过 Fortran 与 Matlab的接口函数,实现了 Matlab 对 Fortran函数的直接调用,并以溴化锂水溶液物性程序为基础,利用 Matlab强大的矩阵计算及图形绘制与编辑功能,实现了溴化锂水溶液物性计算的可视化,为进行溴化锂吸收式制冷的热力计算及分析提供了方便、快捷的图形计算工具。关键词:Fortran;Matla

2、b;溴化锂水溶液;物性计算中图分类号:TB64;TP39 文献标识码:AVisualization of H2O-LiBr Solution Physical Properties Computationby Mixed Programming with Fortran and MatlabWANG Shu-zhong,YOU Sh-i jun,SUN He-jiang,LI Qiu-sheng(TianjinUniversity,Tianjin 300072,China)Abstract:The basic principle of mixed programming with Fortra

3、n and Matlab is briefly introduced.based on the physical propertiessubroutines of H2O-LiBr solution complied in Fortran andusing the powerfulmatrix computation and figure drawing and compiling fuctionof Matlab,the physical properties computation of H2O-LiBr solution is visualized,a convenient and ef

4、fective tool for the hea-t dynamicscomputation and analyse of LiBr absorption refrigeration cycle is supplized.Key words:Fortran;Matlab;H2O-LiBr;physical properties computation1 前言 随着溴化锂吸收式制冷机组在技术与应用上的不断发展,人们对机组的优化设计、变工况条件下最佳运行参数的动态调整和自动控制等方面提出了更高的要求。传统计算要借助于溴化锂水溶液的物性数据图表,从图表上查出或手算出有关物性参数和热力过程特性数据。这

5、种方法繁琐,费时,误差较大,已远远不能满足目前的应用需求。为此,能否找到一种可以动态绘图,用鼠标实时显示状态点参数,根据已知的的状态参数求其他未知的参数,并根据用户需要直接绘制溴化锂吸收式制冷循环流程图的方法,已成为急需解决的问题。基于此,本文从满足以上几种功能出发,利用Fortran 与Matlab 混合编程,充分结合 Fortran运算速度快、Matlab 矩阵计算及图形处理功能强的优点,实现了溴化锂水溶液物性计算的可视化。本文基于Matlab 的科学运算环境,利用 Mat-lab 外接程序接口 API 技术,通过Mex 接口函数编译由 Fortran 6.5编写的溴化锂水溶液物性计算子程

6、序,生成Matlab 环境下可以直接调用的动态链接子程序 DLL 文件,然后充分利用Matlab 强大的图形绘制及编辑功能,编程生成 1M 文件。并在图形用户界面设计的基础上,编写实用且易于操作的用户界面,实现人机交互绘图、实时显示状态点、自动绘制流程图等一系列功能。2 实现溴化锂水溶液物性计算可视化的步骤 (1)Fortran 环境下溴化锂物性子程序的编写收稿日期:2003)03)04592004年第 32卷第 1期 流 体 机 械 溴化锂水溶液的物性实验数据经过多次改进,并不断扩充其使用范围,由 McNeely 给出的溴化锂水溶液的平衡方程是常见的形式 1;文献 2 则在总结前人实验数据的

7、基础上,将溴化锂水溶液的使用范围从原来的浓度范围 0 65%,温度范围 0 120e 扩充到 0 75%,0 190e;文献 3 则提供了国内溴化锂水溶液的物性数据图表。本文的溴化锂水溶液物性子程序的编制是基于文献 1的方程形式,并利用文献 2 的方程与数据将其范围扩充,然后与文献 3 的数据进行比较,以得到适合国内溴化锂水溶液的物性方程。该溴化锂水溶液物性程序包括 20 个子程序,用来已知压力 P、浓度 N、温度 T、焓值 h 中的任意两个变量求其他变量的值,以及溶液平衡时求水蒸气或过热蒸汽的焓值,纯水的热物理性质等,还可以求得溴化锂水溶液的其他物性参数如导热系数、粘度、密度、表面张力等。(

8、2)利用Mex 接口函数生成可以被 Matlab 识别的 Fortran-Mex 文件所谓Mex 接口函数,实际是一种动态链接的子程序,同Matlab 的内置函数一样,能被Matlab 的解释器自动装入、运行。Matlab 中Mex 文件的扩展名可以为.Mex 或.DLL,它是由 Fortran 语言编写的子程序经过编译生成的Matlab 动态链接子程序,需要强调的是,Fortran 下Mex 文件的数据类型只能是双精度型,不像 C 语言那样,有 Matlab 支持的数据类型。通常一个典型的 Fortran-Mex 文件由两部分组成,一个就是包含你要实现的计算功能的子例行程序(不能是函数),该

9、子例行程序实际上就是纯Fortran 环境下编写的源程序,而另一个同时也是最主要的部分就是入口程序,该入口程序负责Matlab 与 Fortran 语言之间的数据输入与输出,也可以在Matlab 的环境下输入变量,通过该接口程序传给 Fortran 进行运算。运算的结果赋给输出变量,然后通过该接口程序,返回到Matlab 进行输出,这样即可完成了 Matlab 对 Fortran 函数的调用。(3)Fortran 编译器的设置在安装了 Compaq Fortran version 6.x,DigitalFortran version 5.x 或 Fortran powerstation 4.0

10、(或其他版本)的前提下,使用Mex-setup 命令即可实现Fortran 编译器的设置。以已经编译完成的溴化锂物性子程序为例,运行结果如下:Mex hlibr.f%编译前面已经编写完的 Fortran-Mex 文件hlibr.f h=hlibr(40,50)%计算浓度N=40%,温度 T=50 的焓值h=106.6005%焓值的计算结果(4)Matlab 环境下编写绘图程序由于Matlab 自身已经集成了许多图形绘制及编辑命令,免去了在 Fortran 下编写大段程序实现图形绘制的复杂劳动。可以利用编译完成的 For-tran-Mex 程序,通过循环计算并利用 Matlab 的图形绘制命令,

11、生成基本的溴化锂物性计算图表,并在此基础上利用图形用户界面技术,设置鼠标动态捕捉状态点,实时显示鼠标当前位置溶液的各种参数,然后根据用户在输入对话框里输入的循环的初始条件,在相应的 p-t 图/h-N图上自动绘制流程图,并进一步计算出高低压发生器,吸收器,高低交热交换器,以及蒸发器,吸收器的热负荷和其他相关的数据。3 程序功能介绍以在 p)t 图上绘制单效溴化锂吸收式制冷循环为例,简要介绍该程序实现的部分功能(见图1、2)。图 1 单效循环状态参数输入对话框 (1)基于 Malab 的基本菜单(略)(2)专门用于本程序的自编制菜单Graph 菜单)用来绘制溴化锂水溶液的p)t 图、h)N图(包

12、括等温线、等压线、以及平衡状态下对应的水的等压焓值线)、以及溶液的密度、表面张力、动力粘度曲线等子菜单;该菜单另60 FLUID MACHINERY Vol132,No11,2004图 2 溴化锂水溶液物性计算可视化程序功能外的一个功能就是在鼠标移动时根据所选择的曲线的不同来决定 labe 控件所显示的值。比如在p)t 图下,坐标轴的横坐标是 t,纵坐标是 p;而在 h)N图下,坐标轴的横坐标是 N,纵坐标是 h。但是在捕捉鼠标当前位置时,Matlab 本身不会区别当前是什么图,而只能得到鼠标相对于坐标原点的位置,所以,就要加上一些判断语句来判断用户当前绘制的是哪一种图,然后据此设置不同的回调

13、函数,得到与当前图形对应的横、纵坐标,而其他的状态参数由于不能直接从图形上读出,则还需要通过编译完成的 Fortran-Mex 程序来计算该点的其他函数值,这样就可以实现鼠标在图形上方移动时,根据绘制曲线的不同,分别实时显示对应的状态参数值。Query 菜单)用来控制鼠标实时显示功能的启动与关闭,它包括了两个菜单命令 start 和stop。Cycle 菜单)包含了溴化锂吸收式制冷常见的循环形式,可以根据用户在输入对话框(见图1)里提供的循环控制参数来自动绘制流程图,并可同时计算出吸收式制冷各装置的进出口状态,以及各装置的负荷。当然,还可进一步进行各装置的选型计算等。4 结论 (1)介绍了Ma

14、tlab 与 Fortran 混合编程的基本原理与实现溴化锂水溶液物性计算可视化的步骤,通过将 Fortran 编写的溴化锂物性子程序编译为 Fortran-Mex 文件,继而生成动态链接子程序.dll,实现了 Matlab 对 Fortran 程序的调用;(2)利用 Matlab 强大的矩阵计算、图形绘制及编辑功能,编制图形用户界面,实现了溴化锂水溶液物性计算的可视化;(3)简要介绍了该程序的基本功能,可以看出,利用Matlab 与 Fortran 混合编程完全可以实现溴化锂水溶液的可视化,从而为今后的设计、计算提供了非常方便、实用的工具。参考文献:1 McNeely 1ASHRAE han

15、dbook-1981fundmentalsM.At-lanta,American society of heating,refrigeration,and airconditioning engineering Inc,1981,(17):141-142 12 Chua H T,et al1 Improved thermodynamic property fieldsof Libr-H2O solutionJ.International Journal of Refriger-ation,2000,23:412-42913 戴永庆1 溴化锂吸收式制冷技术及应用M.北京:机械工业出版社,199614 苏金明,阮沈勇1Matlab6.1 实用指南M1 北京:电子工业出版社,200215 唐章宏,等1Fortran 程序设计M1 北京:人民邮电出版社,20001作者简介:王书中(1978-),男,硕士研究生,主要从事溴化锂吸收式制冷的计算机辅助设计以及新型循环的研究工作,通讯地址:300072 天津市天津大学环境学院建筑环境与设备工程系。612004年第 32卷第 1期 流 体 机 械