真空系统抽气特性计算软件设计

中文摘要1英文摘要21 绪论31.1引言31.2课题意义及目标32真空系统抽气特性计算及分析42.1真空系统抽气特性计算42.1.1低真空阶段计算一一大气到1Pa42.1.2高真空阶段计算一一1Pa以下42.2高真空阶段两种算法的比较62.2.1计算对比62.3抽气特性计算程序化可行性分析62.4高真空阶段计算方法选择73软件功能需求及平台分析83.1总体构架分析83.2 需求分析 83.3开发语言及环境分析93.3.1相关术语介绍94 软件设计114.1总体设计114.2界面设计（输入模块）124.2.1预设模型选择124.2. 2真空容器设定124.2.3抽气特性模型134.4.4输入计算参数144.3数据模块154.3.1模块说明154.3.2单例模式154.3.3模块结构164.4计算模块164.4.1模块设计分析164.4.3计算模块流程图174.4.2计算类代码说明174.5导出模块224.5.1导出方案分析224.5.2导出模块实现234.6其他辅助模块234.6.1数字格式化模块234.6.2文件读写模块244.6.3抽气节点排序模块245 设计结果255.1设计结果255.2计算结果验证255.2.1例证 1255.2. 2例证 2255.2.3综合对比及结论26结论27辞28参考文献29摘 要：近年来，随着航天和空间科学的发展及真空在原子能科学和表面物理、微电 子学等学科中的应用，真空系统设计也越来越普遍。而在真空系统的设计中， 抽气特性计算是其中必不可少的一项重要容，同时也是一个十分繁杂的过程一 一在其计算当中往往要设计相当多的参数，如：抽速曲线，容器尺寸，材料放 气率等，有时甚至要反复尝试各种参数使设计的真空系统满足要求。这种情况 下，有必要对真空系统抽气特性计算进行计算机自动化编程。本文介绍了一种 真空系统抽气特性计算的软件的设计过程，通过逻辑分解，将计算过程分解， 使其可用于计算真空系统从某状态达到目标状态大致所需的时间，简化繁琐的 手工计算，提高工作效率，为真空系统设计提供帮助。关键词：真空系统抽气特性计算软件Abstract: In recent years , with the development of aviation and space science as well as the adhibition of vacuum in atomic energy science , surface physics and microelectronics , etc , the design of vacuum system is more and more universal.In the design of vacuum system , calculation of pumping capability is one of the essential procedures with complicated process-alway demand quite a number of parameters design such as pumping speed curve , container size , and materials outgassing rate , etc.Sometimes it requires repetitive try of all kinds of parameter in order to make it meet demand . Under this circumstance , its necessary to automate the computer program in pumping capability calculation of vacuum system.This paper introduces a software design process of pumping capability calculation of vacuum system , which decompose the calculation process via logical decomposition in order to enable it to calculate the time the vacuum system takes from one condition to objective condition.Thus , it can simplify hand calculation,improve work efficiency and offer help to design vacuum system .Keywords: Vacuum system Pumping characteristics calculation software1.1引言真空系统：是由真空泵、真空计、被抽容器及其它元件如真空阀门、冷阱等，借 助于真空管道，按一定要求组合而成，并具有所需抽气功能的抽气装置。它的职能是 在指定的时间、空间获得真空，保持真空，确保系统某项工艺过程或物理过程的实施。真空系统广泛应用于各个行业，其应用有：化工及制药用途真空系统；真空干燥 系统；蒸馏提纯工艺真空系统；驾驶舱、多功能车间及实验室防腐真空系统；钢、铝 除气用真空系统；涂料涂层工艺用真空系统；化工流程用真空系统中央真空供给用真 空系统；中央真空系统及排气机组；电子行业真空系统；医院及实验室中央真空系统 等。近年来，随着航天和空间科学的发展及真空在原子能科学和表面物理、微电子学 等学科中的应用，真空系统设计也越来越普遍。1.2课题意义及目标目前，在国尚无完善的可用于真空系统设计计算的软件，以致在真空系统设计中， 通常采用手工计算。但计算过程有这影响因素多，计算过程繁杂，有时甚至需要多次 重复尝试来选取最佳取值，并依此选择系统部件的材料或尺寸。而抽气特性计算作为真空系统设计中必不可少的一项重要容，同样有着十分繁杂 的过程。为了简化繁琐且存在大量重复的手工计算，提高工作效率，本课题拟采用计 算机技术，将抽气特性计算过程通过编程自动化，并在完成基本计算功能的基础上， 尽量做到人性化，使软件易于使用。2真空系统抽气特性计算及分析2.1真空系统抽气特性计算2.1.1低真空阶段计算一一大气到1Pa在粗低真空下，真空设备本身表面的出气量与设备总的气体负荷相比，可以忽略 不计。因此计算此段过程的抽气时间时不考虑出气的影响。t = 2.3K 匕 lg PZPq S. p - p真空室用机械泵从大气开始抽气时，在低真空区域，机械泵的抽速随真空度升高而下降，其抽气时间计算公式为：因为P0 （真空设备极限压力）相*Pj和p很小，可忽略，则 式中，tT由气时间（s）；S -泵的名义抽速（L/s）;PV-真空设备容积（L）；P-经t时间抽气后的压力（Pa）；Pi-开始抽气时的压力（Pa）；R-修正系数，与设备抽气终止时的压强P有关。1P105-104104-103103-102102-1010-1K q11.251.524表2.1机械泵抽气修正系数由此，计算低真空阶段（大气到 1Pa），只需将抽气时间分段（如105-104，104-103），并取相应修正系数带入计算，并累加各段抽气时间t = t + t2+.。2.1.2高真空阶段计算一一1Pa以下高真空的抽气时间主要取决于材料出气，因此真空室由高真空阶段（1Pa到目的压 强）所需时间主要取决于材料出气。根据参考资料，该阶段的计算主要有解析法、图解法两种方法：dP lV 而=-Sp + Q +E Aq t -Pi（1）解析法2V竺=0 dt不考虑容器中空间气体负荷对抽气的影响，即S为泵对容器的有效抽速； ep为容器中的压强；t为抽气时间（h）Q是微漏、渗透和蒸发的气流量总和，对于一个设计良好的高真空系统， cQc是个微小的常量，与表面放气流量比较往往可以忽略。Aj为第i种材料暴露在真空中的面积；气为第i种材料在抽气一小时后的放气率（对于本系统，放气材料只有真空 室材料碳钢）。6为第i种材料的放气时间指数。与材料、预处理等条件有关，开始抽气时6 值较大，但几分钟后就渐近一个常数。一般来说，6值视材料不同在0.5 2之间 变化。因此，空真空系统室温下高真空抽气时间的计算公式为：S p = A * q * t -p获取所需要的值带入计算即可得该阶段的抽气时间t。（2）图解法： 计算真空室平衡压力为p时的出气量Q，其值等于泵（或机组）在压力 为p 时的排气量.即Q = pS Pa-L/s 计算真空室中材料表面积为A的平均出气速率P .，即均P 均=Q/A Pa-L/s-cm2 根据材料出气率曲线，查出 P出的点，与此点相对应的时间，即为达到均平衡压时所需要的时间。2.2高真空阶段两种算法的比较2.2.1计算对比计算数据：表面A=20m2材料为 碳钢（喷铝）：1h出气率乌=8x10-6 Pa-L/s-cm2放气指数6=1.7系统有效抽数Se = 2000 L/s由 1Pa 抽至 p = 7x10-4 Pa1. 解析法将以上数据带入公式，可得：2000 x 7 x 10-4 = 20 x 104 x 8 乂 10-6 乂 ti.7解得：t = 1.07 h2. 图解法Q = pxS = 7x10-4 x 2x103 = 1.4 Pa-L/s平均出气率 q = Q / A = 1.4 / （20x104）= 7x10-6 Pa L/s cm?对照图像可知，抽气时间约为1.10h2.2.2对比结果分析绝对差值 = 1.10-1.07 = 0.03；相对差值/1.07 R 2.80% ；结论：两种方法结果相差仅为2.8%，比较其他因素影响（如，放气率曲线本身不 准确，比对估计量误差等）两种算法相差不大，即无论采用哪一种计算方法从计算结 果来说，都没有准确度上的优劣。2.3抽气特性计算程序化可行性分析真空系统抽气特性计算通过舍弃次要影响条件，抓住主要影响条件的方法，将原 先较为复杂的计算过程极大的简化，但是依旧需要对抽气过程进行多次分段计算，导 致设计人员需要花费大量的时间在重复而繁重的计算上面。特别是由于工程设计的特 点，有时还需要多次重复尝试，以选取恰当的材料、尺寸等。综合以上分析，真空系统抽气特性计算主要有以上特点：1.计算流程清晰2.重复 计算过程多3.计算参数多。以上特点中，1、2两点恰好说明真空系统抽气特性计算过程是计算机程序所擅长 的类型，而特点3也可以通过计算机程序进行逻辑分解来很好的解决。故而，可以得 到以下结论，真空系统抽气特性计算可以很好的通过计算机编程达到自动化。2.4高真空阶段计算方法选择由2.2.2节结论可知，从计算结果本身来看两者没有明显的优劣。这里从其他的 方面进行对比：1. 数据来源：解析法需要材料1小时的放气率，而图解法需要材料的时间一一放 气率图。根据真空设计手册、真空系统设计与计算，很多材料的放气率由表格方式展 现，而材料1小时放气率可以很容易从时间放气率图取得。故而，从数据获取来 说，解析法更加方便。2. 编程算法：解析法通过获取相应的参数，带入公式，反解可以得到抽气时间t， 而图解法需要1.先根据带入已知数据得到P 2.根据P牝对应时间一一放气率图取得抽均均气时间。其中第二步非常困难：首先需要向计算机输入材料的时间一一放气率图，即 取适当多离散的点存入；其次根据P均对应查找取得时间t,由于第一步存入的是离散 的点，此处需要插值算法，需要注意的是，时间一一放气率图的并非普通的线性对应图， 而是对数关系，故而进一步给插值算法增加的困难，因而从算法上来说，解析法优于 图解法。综合以上两点，高真空阶段，应当选择解析法更为恰当。3软件功能需求及平台分析3.1总体构架分析程序逻辑运算较为简单，故不宜使用框架，仅运用MVC分层结构，做到结构清晰， 易于维护、扩展和重构。MVC 全名是 Model View Controller，是模型（model）一视图（view）控制器 （controller）的缩写，一种软件设计典，用于组织代码用一种业务逻辑和数据显示分 离的方法，这个方法的假设前提是如果业务逻辑被聚集到一个部件里面，而且界面和 用户围绕数据的交互能被改进和个性化定制而不需要重新编写业务逻辑MVC被独特的 发展起来用于映射传统的输入、处理和输出功能在一个逻辑的图形化用户界面的结构 中。3.2需求分析1. 简易模式和高级模式程序计算涉及较多专业容，对用户有较高的专业素质要求。对此，对于较为专业 的参数设置以高级模式，或参数表的方式设置。鉴于易用性考虑，选取简易/高级模式 方式。2. 单位转换计算过程中部分参数（如气压10510-2 ）跨度较大，不便于输入和人工识记，采取 可选单位方式，并在参与计算前进行转化。3. 帮助信息由于计算容的专业性并避免输入产生二义性（学术上同一变量可能有不同的名 称），用户输入时应当提供相应的提示信息，以此提升用户友好性。确保输入的正确性。 为了便于修正帮助提示，不宜采用硬编码方式，这里选用配置文件方式。4. 输入、输出数据校验对于工程计算而言，一般输入参数和计算的结果都会有一个合理围，这里可以利 用这个规则来检验和限制输入输出，并进一步校正错误。5. 计算过程导出由于整个计算过程是计算机自动化，计算过程不可见。但考虑到有可能需要计算 过程来进行勘误或者其它需要，添加此功能增加程序健壮性，同时便于查找开发过程 中的错误。6. 输入输出容暂存计算可能存在多次输入输出结果对比，提高易用性，减少用户重复输入。此外， 若有需要，可以集成计算结果对比功能。7. 集成和自定义参数计算过程有部分查找手册容，程序里可以考虑以某种方式集成部分常见参数，在 不过大提升程序复杂度的情况下大幅度提升易用性。增加自定义参数功能，用户自己 保存自己常用参数。参数数据以配置文件方式存储。3.3开发语言及环境分析拟采用高级语言编程（C#、java），使用窗体应用或者web应用形式。其中窗体应用为传统的软件方式，有响应速度快、便于进行个人设置等特点；WEB 应用则有免安装、即开即用、跨平台等特点，可以通过搭建服务器向网络用户提供服 务，但是单用户使用时，仍旧需要有相应的WEB服务器等特点。本课题暂无集中式对外提供服务的计划，仅限于本地计算提供辅助计算，故web应 用形式相比较之下不如窗体应用恰当，故而本课题采用窗体应用。运行java编写的程序需要部署jvm （即Java虚拟机），而C#程序可以直接在windows 环境下运行（windows 7自带.NET FRAMEWORK 4.0），且C#可以很好的与C和C+关联， 所以这里选择C#作为开发语言。综合以上分析，本课题选用C#作为开发语言，Microsoft Visual Studio 2010作 为开发环境，开发windows窗体应用，采用.NET FRAMEWORK 4.0。3.3.1相关术语介绍C#是一种安全的、稳定的、简单的、优雅的，由C和C+衍生出来的面向对象的编 程语言。它在继承C和C+强大功能的同时去掉了一些它们的复杂特性（例如没有宏以 及不允许多重继承）。C#综合7VB简单的可视化操作和C+的高运行效率，以其强大的 操作能力、优雅的语法风格、创新的语言特性和便捷的面向组件编程的支持成为.NET 开发的首选语言。Microsoft Visual Studio,简称“Visual Studio” 或 “VS”，是微软公司推出的 软件开发环境，支持多种编程语言，可以用来编写创建Windows平台下的Windows应 用程序和网络应用程序，也可以用来创建网络服务、智能设备应用程序和Office插件。Microsoft Visual Studio 2010,搭载.NET FRAMEWORK 4.0，开发的windows窗体应用可以在windows 7操作系统下直接运行。而Windows XP 操作系统则需要添加.NET FRAMEWORK 4.0运行库方可运行。.NET Framework是用于Windows的新托管代码编程模型。它强大功能与新技术结 合起来，用于构建具有视觉上引人注目的用户体验的应用程序，实现跨技术边界的无 缝通信，并且能支持各种业务流程。.NET FRAMEWORK 4.0是windows 7操作系统附带 安装的，基于.NET FRAMEWORK 4.0的windows窗体应用可以在当前大多数电脑都安装 了 windows 7操作系统的前提下可以快速的部署、应用。4软件设计本课题采用自顶向下的方法，逐步实现。自顶向下是一种逐步求精的设计程序的过程和方法。对要完成的任务进行分解， 先对最高层次中的问题进行定义、设计、编程和测试，而将其中未解决的问题作为一 个子任务放到下一层次中去解决。这样逐层、逐个地进行定义、设计、编程和测试， 直到所有层次上的问题均由实用程序来解决，就能设计出具有层次结构的程序。按自顶向下的方法设计时，设计师首先对所设计的系统要有一个全面的理解。然后 从顶层开始，连续地逐层向下分解，起到系统的所有模块都小到便于掌握为止。4.1总体设计软件分为M-V-C三层，其逻辑如下图：4.2界面设计（输入模块）图4.2输入模块分析图4.2.1预设模型选择系统预设多种模型图，当前程序中只做参考。4.2. 2真空容器设定图4.3容器模型设定界面真空容器形状选择可分为三类，1.圆柱体2.矩方体3.其他其中，圆柱体、矩方体 需要填写容积参数以及表面积参数，用于补足部分小结构 对相应容器计算造成的影响。另外，由于高真空阶段的计算涉及到容器材料的出气率，故而在此需要设置材料。 设置材料方法有两种，1. 手工填写 材料名称、放气率q放气时间指数62. 从外部文件加载：点击设置框右下角的加载按钮，从文件系统中加载相应的材料数据文件妃打开_ , , 直 Subuersion8政名旃meta 期J Tm.rnt2013/6/111:06MT文件2013/5/2 & 10;30MT立牛顾蝴哽.rrt2013/G/l lliOSMT交牛_陶翻K轻蟾俺Lmt2013/5/ & 15:13MT踏1顼钢,mt2013/5/31 IS ;41MT玄舛迅言下最图4.4外部加载数据界面此外，可以在通过手动填写数据之后，通过点击save按钮，将输入的数据保存到 文件系统，以便再次使用时可以外部加载，从而避免重复查表、再次手工填写，从而 提高使用效率。4.2.3抽气特性模型图4.5抽气模型设定界面抽气特性模型根据系统的不同，操作时间节点的不同有着较大的不同，这里采用 节点添加的方式来创建抽气特性模型。创建抽气特性模型最重要是添加上关键的节点，如前级泵过度到主泵的节点，抽 速有很大变化。若为了计算更加精确 也可以提交非关键的节点，让抽气特性模型更加贴近实际情 况。操作：添加：首先，在表格头部填写对应的节点信息（压强抽速简述），点击添 加，添加到抽气模型列表（不需要按顺序添加，程序会在程序执行时排序）。添加位置 由两种情况：1. 当列表中没有选中项时，点击添加，相应项添加到模型列表尾部2. 当列表中有选中项时，点击添加，相应项添加到选中项之后替换：在表格头部填写对应的节点信息（压强一一抽速一一简述），选择要替换的 项，点击替换，选中项被替换为新设项；删除：选择某项，点击删除，选中项即被删除。清除：点击清空列表中所有项保存：将模型列表中所有项格式化存入文件系统，以便之后调用加载：加载之前格式化保存的抽气特性模型，并解析后再入特性模型列表4.4.4输入计算参数图4.6 参数输入及计算界面在页面上方输入初始压强（Pa）,结束压强（Pa），点击计算，主要的计算参数以及 计算结果会显示在页面下部。计算后点击导出，容器下方的tab控件焦点会跳至计算流程tab页，通过置的 browser控件显示生成的html页，该页完整显示了计算的过程，包括输入的已知条件 分析处理，使用的公式，分析过程以及计算的结果。图4.7计算流程展示界面4.3数据模块4.3.1模块说明由4.2节可知，由于计算需要输入较多参数，根据逻辑可以分为容器模型，抽气 特性模型，抽气参数。故而，输入部分分为多部进行。所以需要在不同窗体之间进行数据的传输，这里采用一个数据类data来作为全局 传输数据的桥梁。而课题并未涉及到多线程并发运算的情况，也就是说每次计算只有一组数据参与， 故而data类采用单例模式。4.3.2单例模式单例模式是一种常用的软件设计模式。在它的核心结构中只包含一个被称为单例 类的特殊类。通过单例模式可以保证系统中一个类只有一个实例而且该实例易于外界 访问，从而方便对实例个数的控制并节约系统资源。如果希望在系统中某个类的对象 只能存在一个，单例模式是最好的解决方案。图4.8单例模式结构图4.3.3模块结构根据逻辑，将输入数据分为三块：容器模型，抽气特性模型，抽气参数。其中容 器模型含有较多数据，故而另设一个容器模型类。抽气特性模型由多个抽气模型节点组成，故而为每个节点设定一个抽气节点模型类，在数据类中以list类型集合所有节 点。抽气参数数据量较少，故而直接记录在data类中。代码结构如图：purapModelpublic double press: public double speed, public string dc5criptioiirPublic cantainezHodeL coutaineiMode 1Public listpujTipHode 1 pumpModelsPublic double pbPublic double pecoiitainerMo-del public ini ipe: public duubk leiigdi. public double widtiti;public dcuble diamster; public dcubl? hei 乾t public double aiea.public duubk maParam：图4.9数据模块结构图4.4计算模块毫无疑问，计算处理模块为整个系统最为核心的部分。4.4.1模块设计分析计算模块可以明晰的分为低真空阶段和高真空阶段，且两个阶段算法大相径庭， 故而分成高真空阶段和低真空阶段，并使用建造者模式来统一调度算法。建造者模式是较为复杂的创建型模式，它将客户端与包含多个组成部分（或部件） 的复杂对象的创建过程分离，客户端无须知道复杂对象的部组成部分与装配方式，只 需要知道所需建造者的类型即可。它关注如何一步一步创建一个的复杂对象，不同的 具体建造者定义了不同的创建过程，且具体建造者相互独立，增加新的建造者非常方 便，无须修改已有代码，系统具有较好的扩展性。Builder+ tuildPartAQ+ tufldPartB()+ buildPartC Q+ getResuk ()ConcreteBuilder+ buildPsrtA ()+ buildPartB ()+ buildPartC ()+ getResult ()4.4.3计算模块流程图图4.11计算模块流程图图4.10 建造者模式结构图4.4.2计算类代码说明using System;using System.Collections.Generic;using System.Linq;using System.Text;namespace pumpclass calculationstatic private calculation _instance = null;/单例模式实例存储位高低真空分界为1Papublic const double pm = 1;public double se;/有效抽速/目标压强/起始压强/材料放气率，/放气时间指数/容器体积/容器表面积public double p;public double pi;public double q;public double beta;public double volume;public double area;/构造函数设为私有，不能外部实例化private calculation()/单例模式，获取实例的静态方法，类只能实例化一次public static calculation getInstance()if (_instance = null)_instance = new calculation(); return _instance;/寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸/*/*对外开放的计算方法*/* pi起始压强，p目标压强*/寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸/ /*/ public double calculate(double pi,double p)data data = data.getInstance(); /从数据类中获取实例，取相应数据 q = data.containerModel.q;volume = data.containerModel.volume;area = data.containerModel.area;beta = data.containerModel.beta;List pumps = data.pumpModels; /获取数据类中的抽气模型 int index;double speed =0,pb,pe,time = 0;pb = pi;int i;for (i = 0; i pumps.Count; i+)if (pumpsi.press p)if (speed = 0)if (i != 0)index = i - 1;elseindex = i;speed = pumpsindex.speed;/以上，取相应阶段的抽速pe = pumpsi.press;/设定目的压强time += cal(pb, pe, speed); /调用计算方法，并累计时间pb = pe;/下一阶段开始抽速为之前的起始压强speed = pumpsi.speed;/抽速也为预设抽气模型中的下一抽速if (speed = 0)speed = pumpspumps.Count - 1.speed;/若直接从最高级泵 开始工作后计算 设抽速为最后节点抽数time += cal(pb,p,speed);/累加最后一段时间return time ；/寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸/*/*单阶段计算*/*判定阶段，调用相应方法*/寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸/public double cal(double pb,double pe,double speed) this.se = speed;if (pe pm)/抽到1 pa以上低真空阶段return calculatePumpTimeLow(pb, pe) / 3600;/单位换为小时 else if (pb = pm)/抽到(pm) pa以上 低真空阶段data.type = 2;else if (pb = pm) /直接由高真空阶段开始data.type = 3;elsedata.type = 1;/寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸/*/*获取抽气修正系数kq的值*/寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸/*/private double getKqVal(double p) if (p = 1)return 4.0;else if (p 10)return 2;else if (p 100)return 1.5;else if (p 1000)return 1.25;elsereturn 1.0;/viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz / /*/*/*计算高真空阶段所需的时间，根据解析法公式：*/*起始压强时间t1,目标压强时间t2花费时间为t2-t1/* pb为起始时间，pe为目标时间*/viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz /*/private double calculatePumpTimeHigh(double pb, double pe) double t1, t2;t1 = getPumpTimeHigh(pb);t2 = getPumpTimeHigh(pe);return t2 - t1;/viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz / /*/*根据解析法公式：Sep = A * q1* t -P */*反求可得t = (SP/Aq尸B*/viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz / /*/private double getPumpTimeHigh(double p)double temp, t;temp = se / (area *10000) / q * p; /公式中 area 以 cm?为单位 t = Math.Pow(temp, -1 / beta);return t;/viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz viz /*/V p/*低真空阶段计算由公式式=2.3气广g；分段计算灯/寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸/*/ private double calculatePumpTimeLow(double pi,double p)Stack section = getSection(pi, p); /低真空阶段需要分段，获取分 段double t = 0, kq;while (section.Count != 0) /循环，直至分段用完p = section.Pop();/p 从栈中弹出kq = getKqVal(p);/根据p取相应的修正系数kqt += 2.3 * kq * volume / se * Math.Log10(pi / p); /由公式求时间，累 加时间pi = p;/新一段计算，开始压强为之前一段的终止压强return t;/寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸/*/*将低真空计算过程分段一一满足经验计算公式*/寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸/*/private Stack getSection(double pi,double p) Stack section = new Stack(); /新建栈，存储分段信息 section.Push(p);/目标压强入栈int begin = Convert.ToInt32(Math.Log10(p); /根据经验公式，每一个数量级 int end = Convert.ToInt32(Math.Log10(pi); /分一段，计算分段的数量 级 while (begin != end)/并逐步入栈 begin+; section.Push(Math.Pow(10, begin);return section;4.5.1导出方案分析计算结果导出有几个备选方案，1. 导出为Microsoft Word格式2. 导出为PDF格式3. 导出为纯文本格式，即记事本文件4. 导出为HTML文件方案1，较为通用，大多数电脑安装有word软件，且易于编辑修改；但需要计算 机安装匹配的Microsoft Word版本，否则该功能模块无常运行。方案2，导出PDF需要加载第三方插件嚅要投入较大精力来理解第三方库的逻辑， 暂不做考虑。方案3，纯文本格式最为通用，几乎所有操作系统都能够很方便的打开，但由于它 不存在格式标记，所以输出的格式不够友好，表格，公式都无法很好的表示出来，特 别是图片，根本无法显示。方案4，HTML文件即网页文件，它的文件本身是一个纯文本，但是通过定义的标 记将容格式化，浏览器通过一定的规则将其渲染成带有格式的页面。其通用性好，可 以在所有安装有网页浏览器的计算机上运行。计算机生成HTML文件相当于操作纯文本 文件，操作简单。综合以上分析，选择方案4,导出HTML文件。4.5.2导出模块实现1. 准备导出模块的模板，并按照逻辑将模板分解为：已知条件、低真空计算、高 真空计算；2. 根据计算类型添加模板成分；3. 解析映射变量到模板：已知条件（容器模型，抽气模型），其他参数（起止压强 等），计算结果；4. 修正路径，改相对路径为绝对路径，避免图片资源加载错误；5. 保存导出文件。4.6.1数字格式化模块由于输入的参数的围很大（如压强选项，合理围在10610-8），故而引入科学计算 法的输入方式，如1.2x105输入为1.2E5。根据以下步骤将科学输入的数字转换为计算 机可识别的数字类型：1. 判别是否科学输入一一是否含有E字符2. 分割字符为两部分3. 计算转换输出为HTM 1文件时，计算结果不加处理往往太长，需要通过以下处理：图4.12导出时数字转换流程图4.6.2文件读写模块由于本课题数据量较少，未采用数据库方式记录数据，而是采用文本来记录一些 数据，故而编写该模块，以供调用4.6.3抽气节点排序模块依赖用户输入在软件设计而言，是一个非常非常糟糕的想法，所以在用户输入抽 气节点后，必须对其进行排序，以确保抽气节点的顺序满足算法的需求。这里的算法 是：根据抽气特性节点压强值的大小，从大到小排序。5设计结果5.1设计结果通过以上各个模块的分析与设计，真空系统抽气特性计算软件功能基本达成。主 要功能如下：1.设置加载容器材料2.设置加载抽气模型3.抽气特性计算4.计算结果 对比5.计算结过格式化导出。5.2计算结果验证5.2.1例证1条件：表面10m2,材料为碳钢，1h出气率Q1= 1.1x10-6Pa-L/s-cm2放气指数6=1.5,有效抽数为10000 L/s，抽至1x10-5 Pa软件计算结果为1.065 h图解法：放气量：Q = pxS = 1x10-5x104 = 0.1 Pa-L/s平均出气率：q =Q/A = 0.1/(10x104) = 1x10-6 PaL/scm2对照图像可知，抽气时间约为1.05h绝对差值0.015 h相对差值1.41%5.2.2例证2表面20m2,材料为铜板，1h出气率 乌=2.6x10-6 PaL/scm2放气指数6=1.2 ；有效抽数为2000 L/s ；抽至5x10-4 Pa。软件计算结果为0.578h图解法：放气量：Q = pxS = 5x10-4 x 2x103 = 1 Pa-L/s平均出气率 q = Q/A = 1/(20x104)= 5x10-6 Pa-L/s-cm对照图像可知抽气时间约为0.58h绝对差值0.002h相对差值0.34% 6 8 10时间巾图5.1碳钢和铜的出气率曲线1-碳钢出气率，2-铜出气率5.2.3综合对比及结论软件计算结果/h图解法计算结果/h绝对差值/h相对差值例证11.0651.050.0151.41%例证20.5780.580.0020.34%表5.1计算结果对比由表5. 1所示，软件的计算结果和图解法计算结果基本一致（相对差值均在5%以）。 故而，软件可以代替繁杂的手工计算，在真空系统设计过程中起到辅助作用。结论本次课程设计主要是从工程实际出发，应对真空系统设计越来越普遍，但却无相 应通用的计算软件辅助，只能依赖手工计算的尴尬局面，进行一步步探究和设计，研 制一个具有一定辅助功能的真空系统抽气特性计算软件。在课题研究过程中，首先通过资料查询，进行了课题可行性分析；其后通过总体 分析，需求分析，确立了课题的软件编写目标；最后，通过自顶向下的编程方法，逐 步细化算法，让课题基本完成了预期的目标。具有：1. 设置加载容器材料2. 设置加载抽气模型3.抽气特性计算4. 计算结果对比5. 计算结过格式化导出五个主要功能，能够满足抽气特性计算的要求，通过比对，和手工计算结果偏差 在5%以，且精度高。可以用作辅助设计。此外，限于时间与精力，软件还存在不少不足之处：1. 集成数据较少，一些参数可能需要用户自行查找；2. 覆盖面较小，抽气特性计算只是真空系统设计的一部分，不能实现整个真空系 统设计的自动化推导。辞在即将结束的四年大学生活之际，我首先要感我的父母，他们不仅在生活和学习 中给我最多的关怀和帮助，更给予我以精神上莫大的支持和鼓励。我唯有更努力地学 习和工作，才能报答他们对我的爱与关怀。感机汽学院的老师们。从他们身上我学到了许多宝贵的知识和做人的道理。他们 在学业上对我的悉心指导，以及孜孜不倦、严谨细致的科研态度，更令我受益终生。感我的指导老师干老师。他在我的课题研究和论文完成过程中给予了我许多理论和实践上的指导，在生活上和工作中都给予了我热情的关心和帮助。在毕业设计中不懂的地方与同学的共同学习和生活中，大家互相帮助，结下了深 厚的友谊，感他们给予我的关心和帮助。感各位专家和评委耐心审阅我的论文，他们提出了许多宝贵的意见和建议。最后，感所有曾经给我理解、关心与帮助的朋友们。参考文献1 达道安.真空设计手册（第三版）M.:物理研究所.2004.2 郭洪震.真空系统设计与计算M.:冶金工业；1986:61-913 徐成海.真空工程手册.化学工业；2006.8 ；4 以忱.真空镀膜设备.冶金工业.2009.5 以忱.真空工艺与实验技术.冶金工业.2006.6 干蜀毅.超高真空技术M.:工业大学.7 R.J.艾尔斯、段方强.真空材料的放气II J.真空.1980年02期.8 （美）库珀编著，叶斌译.C#设计模式.科学；2011.7 ；9 （美）Herbert Schildt编著.C#4.0完全参考手册.清华大学；2010.1210 Erich Gamma , Richard Helm . Design Patterns M . Addison-Wesley Professional:199511 Power BD. High Vacuum 皿 Pumping EquipmentJ. Vacuum，1966，（1）:8-9.12 Rolland R.Lapelle:Practical Vacuum Systems 1972.