EES工程方程解答器软件中文用户手册

EES工程方程解答器F-图表软件电子邮件:[e-mail]综述EES是工程方程解答器的英文字母的首字母缩写词。EES的基本功能是解代数方程组。EES也能解差分方程、有复杂变量的方程、做工程优化、提供线性和非线性回归并可绘出良好的二维图形。EES的最早版本开发于AppleMacintosh计算机和Windows操作系统。这本使用手册描述了基于Windows操作系统的EES版本，包括Windows95/98/2000和WindowsNT4。EES和现有的方程组数值解程序之间有两个主要的差别。首先，EES自动识别和求解必须同时求解的方程组。这个特点简化了用户的工作并可使解答器永远在最佳效率下工作。其次，EES提供了很多对工程计算非常有用的内置数学和热物性函数。例如，EES中内置有蒸汽性质表，根据任意两个物性参数就可通过调用一个内置函数而获得其它的物性参数。对于大多数制冷剂(包括一些新的混合制冷剂)、氨、甲烷、二氧化碳和很多其它流体，也提供了类似的功能。空气性质表是内置的，很多常用气体的psychrometric函数和JANAF表中的数据一样也是内置的。同样也提供了这些物质的迁移性质。虽然EES中的数学函数和热物性函数库是强大的，但是并不能完全满足每个用户的需要。EES允许用户用3种方式输入他/她自己的函数关系式。首先，在EES中插入和添加表格数据非常方便，这样列表数据可以在方程组的求解过程中直接使用。其次，EES语言支持用户用类似于Pascal和Fortran语言编写的函数和子程序。EES也支持用户自己用EES语言编写的模块，这些模块可以被其他EES程序调用。那些函数、子程序和模块可以当作文件储存，当启动EES时这些可自动读取。第三，用任何一种高级语言(例如Pascal、C或者Fortran)编写的外置函数和子程序，可以通过使用Windows操作系统的动态连接程序库的功能而动态连接到EES。添加的函数关系式的这三种方法为扩展EES的功能提供了非常强有力的手段。提出EES的动机在于热力学和传热学的教学过程。为了学习这些课程，学生经常需要解决问题。对于学生来说，查找物性数据和求解决相似的方程组需要耗费大部分时间和精力，一旦学生熟悉了这些物性数据表，对这些物性数据表的进一步使用并不能对学生的能力有所帮助，对代数表达式的使用也是如此。以通常的方式解决问题所需要的时间和精力实际上消耗了学生学习这些的学习兴趣，因为它迫使学生去关心求解方程组所需要的语句（其实无关紧要）而使学习非常费力。一些涉及到热力学和传热学的有趣的实际问题可能因为他们的数学复杂性而并没有解析解。EES允许用户摆脱平凡杂事而集中更多心思于开发上。对于需要确定一个或更多参数的设计问题，EES显得特别有用。EES程序提供了物性参数表，这类似于一张电子表格。用户需要确定独立变量并在表格里输入其数值，EES将计算出表格中其他物性参数的数值。则表格内的参数的关系可以显示在平面图上。EES也提供了实验数据误差引起计算变量误差的估计。利用EES，设计问题并不比求解一个具有固定自变量的问题难。EES的优势在于它提供一套简单而直观的命令，这样初学者能迅速掌握解决任何代数学问题的方法。而且，这个软件的功能对于专业人员来说也是强大而实用的。内置于EES软件中的庞大的关于热物性和迁移性质的数据库对于解决关于热力学、流体力学和传热学问题是大有裨益的。EES可以用于很多工程问题；尤其适用于在机械工程课程方面和解决实际工程问题的需要。这本手册的其余部分由7个章节和5个附录组成。初学者应该学习第1章，其中举例从头到尾说明了解决简单问题的方法。第2章提供关于各种函数的具体信息以及对于每个EES窗口的控制。第3章是为每个菜单命令提供详细信息的一个参考部分。第4章描述内置数学函数和热物性函数，以及数据库立标的使用一览表。第5章提供了编写EES函数、程序和模块以及在库文件里加以保存的说明。第6章描述如何将编写的外部函数和程序（动态连接程序库(DLL)程序）融入到EES中。第7章在EES里描述许多先进的特征，例如使用字符串、复数和矩阵变量，同时求解差分和代数方程组的办法，以及绘制物性图。附录A包含的EES所给的建议。附录B描述了EES使用的数值解法。附录C显示了附加物性参数如何融入EES中。EES中的例题目录包含有许多举例。附录D表明了EES提供的例子中具有的特征。第一章开始在电脑上安装EESEES以自安装的压缩形式被分配在一个叫做SETUP_EES.exe的文件里，该文件可能提供在两个软盘上或者在CD上。为了安装EES，执行SETUP_EES安装程序是必须的。如果你正从CD中安装EES，当CD被放进驱动器时，安装程序将自动开始。为了从一个软盘中安装EES，把这个第一个磁盘放进驱动器中并且从“Start”菜单中选择“Run”命令，然后输入A:\SETUP_EES.exe。这里A：是你的软驱指定。无论发生哪种情况，安装程序将提供一系列提示来引导你完成EES的安装程序。开始EES默认安装程序将创建命名为C:\EES32的目录，其中安置有EES文件。如上所示的EES程序图标将识别程序和EES文件。在EES程序或文件图象上双击左键将启动程序。如果你双击一个EES文件，文件将被自动调用。否则，EES将调用简明描述了该版本新特征的HELLO.EES文件。如果在程序开始的时候你不希望让它出现，你能删除或者给HELLO.EES文件重新命名。背景资料EES首先打开一个显示注册信息、版本号和其他信息的一个对话框。如果你请求技术支持，将需要版本号和登记信息。点击OK按钮关闭对话框窗口。详述帮助在EES内任一点可提供。按F1键将弹出一个与最前面的窗口有关系的帮助窗口。点击按钮将弹出显示如下的帮助索引的内容。点击一带有下画线的词将提供与主题有关的帮助（在颜色监测器上显示为绿色）。EES命令被分配为九个下拉菜单。用户确定的第10个菜单可以放到帮助菜单的右边。阅读第3章File菜单中的LoadTextbook命令的讨论。下面将概要讲解它们的功能。各种命令将在第3章详细讲解。注意到菜单条下面的工具条。工具条包含的小按钮提供了快速获得许多经常使用的EES菜单命令的入口。如果你在一个按钮上移动光标并且等几秒，一些文字将弹出来解释那个按钮的功能。如果你希望，用Preferences对话框(Options菜单)里的一个控制，工具条能被隐藏。代表EES图标的System菜单在File菜单上方。System菜单不是EES的一部分，而是Windows操作系统的一个特征。用它可以移动、缩放窗口或转换到其他作业。File菜单可以调用、合并和保存文件和库文件，以及提供打印命令。编辑菜单提供剪切、复制、粘贴命令。搜寻菜单提供查找和替换命令，供Equations窗口使用。选择菜单提供变量的估计值和上下限、所采用的单位制、缺省信息和程序优先权的命令。也提供了显示内置和用户提供的函数信息的命令。计算菜单包含检查、格式化和解方程组的命令。表格菜单包含建立和改变参数和查找表格内容以及对这些表格里的数据做线性回归的命令。参数表格类似于一电子表格，在改变一个或更多变量的值时使方程组反复求解。查找表格拥有可以被插入和使用于方程组求解的用户提供的数据。绘图菜单提供了修改现有物性图或者通过参数、查找或者阵列表格里的数据绘制新图的命令。同时也提供了曲线拟合的功能。窗口菜单提供了将任意EES窗口提到前台或者组织窗口的一种简便方法的命令。帮助菜单提供了访问在线帮助文档的命令。EES的基本功能是非线性代数方程组的求解办法。为了阐明这种功能，启动EES并且在Equations窗口里输入一个简单的例子。注意到EES不区分上下标，故用^符号(或者**)用来表示给升幂。如果你希望，你可以通过从窗口菜单中选择FormattedEquations命令观看用数学表达式编写的方程式。从Calculate菜单中选择Solve命令。将出现一个对话框窗口显示求解过程的进度。当计算完成时，按钮将从Abort变为Continue。点击Continue继续按钮。然后将显示这个方程组的的结果。一个热力学问题例子建立并且求解一个简单的热力学问题，以说明物性函数的调用和EES求解方程组的过程。下面是大学生热力学课程方面可能遇到的一种典型问题。制冷剂134a以700kPa，15m/s.的速度输入一个阀门，阀门的入口温度为50℃，压力为300kPa。入口和出口流动面积都为0.0110m2。确定在阀门出口处的温度、干度和速度。说明1T=50℃，P=700Vel=15m/s说明2T=?P=300kPaVel=?为了求解决这个问题，必须选择一个系统然后利用质量和能量平衡。本例题中设系统为阀门。物质流动是稳定的，因此质量平衡是：m1=m2(1)式中m1=A1Vel1/v1(2)m1=A2Vel2/v2(3)m=质量流量[kg/s]A=横截面积[m2]Vel=速度[m/s]v=比容[m3/kg]我们知道A1=A2(4)假设阀门被隔离得很好且没有运动部件。加热和做功两个都为零。在阀门上的稳态能量平衡是：h是比焓和Vel2/2是比动能。用SI单位制，具体的焓通常用单位[kJ/kg]，因此可能需要一些单位变换。EES通过CONVERT功能提供有单位变换功能，该功能在第4章会加以说明。另外，使用“CheckUnit”命令(“Calculate”菜单中)检查的所有单位转换，使每个方程式内的单位是量纲一致。根据R134a的物性之间的关系：通常忽略与速度有关的项，主要因为动能通常很小，而且这些项将会使问题变得难解。不过，利用EES，计算的困难不成问题。用户能用动能项解决问题并且判断该项的重要性。T1，P1，A1，Vel1和P2的值是已知的。存在有9个未知量：A2，m1，m2，Vel2，h1，v1，h2，v2，T2。因此存在9个方程式，这个问题的结果也就确定的。现在只要解方程组，而这是EES能帮助的地方。启动EES并且从“File”菜单中选择“New”命令。将弹出一个空白的方程窗口。不过，在输入方程式之前，为内置热物性函数确定单位制。为了观看或者改变单位制，从“Options”菜单中选择“Unitsystem”。最初EES在SI单位制中设定T的单位为℃，P的单位为kPa，在比性质中用常用的单位来与质量单位配套。这些默认可能在以前使用过程中改变过。点击如上所示控制筐确定单位。点击OK按钮(或者按回车键)以确定单位制设置。现在能将等式输入到Equations窗口中。文本以和任何文字处理器的方式输入。格式化规章如下：1.不区分大小写字母。EES将(选择)改变所有变量的字母形式与他们首先出现的这种方式相配。2.空白线和空格可能接近于被忽视。3.注释必须用括号{}或内引号括起来。注释可能按需要为多行。括号内的注释可能会屏蔽掉只有{}最外的字母能被识别。在引号内的注释也将被显示在FormattedEquations被格式化的方程式窗口里。4.变量名称必须以字母开始和除()‘|*/+-^{}:或;之外的任何键盘符号组成。矩阵变量(第7章)用在行标和列标外围加方括号表示，例如，X[5,3]。字符串变量(第7章)用$作为变量名称最后一个符号表示。变量名的最大长度是30个字符。5.多个方程式如果用分号（；）分开，则可在同一行内输入，但每行的最大长度不得超过255字符。6.字符^或者**表明升幂。7.方程式输入的顺序不重要。8.方程式里的已知量和未知量的位置不重要。针对某个问题，输入方程式和利用在“Calculate”菜单里的“Check/Format”命令检查句法之后，“Equation”窗口将会显示如下图。在彩色显示器上注释通常显示为蓝色。其他格式化选项可用“Options”菜单中的“Preferences”命令来设置1。注意本题中使用“Convert”功能把动能单位[m2/s2]转化为焓的单位[kJ/kg]。“Convert”功能在这些问题里非常有用。关于其用法的详细描述请参阅第4章。热力学的物性函数，例如焓和比容的计算都有特别的形式。函数的第一个