Excel与Orgin联用处理流体流动阻力数据的研究.pdf

第22卷第4期 20 0 7年l 2月 洛阳大学学报 JOURNAL OF LUOYANG UNIVERSITY Vol. 22 No.4 Dec. 2007 Excel与Orgin联用处理流体流动阻力数据的研究 王晓1 , 张丽2 1. 洛阳理工学院环境与化学工程学院，河南洛阳471023; 2. 河南瑞发水电设备有限责任公司，河南西峡474500 摘要利用电子表格Excel 强大的数据计算功能和 Orgin 丰富的实验数据图形化 处理功能，分别对流体流动阻力实验中的数据进行计算处理和图形化处理，可以快速且 准确地得到实验处理结果． 关键词流体流动阻力实验；电子表格；数据图形化处理；实验数据 中图分类号 TQ015. 9 文献标识码 A 文章编号1007 -113X200704 -0113 -04 1引 流体流动阻力实验是化工原理实验中的一个重要 实验 ，其主要 目的 是检验一定粗糙度条件下直管摩 擦系数入和雷诺数Re之间的关系为 此 目的，实验中需要测定在一定管长l和一定管径d的直管内 流动 流体（ 一般为水）的压差和流量 ，经计算可分别得到雷诺数Re和摩擦系数入，而后根据计算结果绘制出 雷诺数Re和摩擦系数入之间的关系图 在实际的实验 教学过程中笔者发现存在如下问题、 1 由于实验所测数据点较多，学生普遍反映数据处理过程中存在处理过程复杂、 计算量 大、结果 容易 出错等问题 2由于实验结果雷诺数Re和摩擦系数入 间的关系是在双对数坐标中呈现 一定的规律性， 所以，实 验数据间的关系需要在双对数坐标系中进行 绘制．而 双对数坐标的特殊性使得学生不易在坐标纸中对数 据进行准确定位，从而影响了数据间 关系的表达 如果让学生编制计算机程序进行上述数据计算和绘图操作，一是过千繁琐，二是对于刚开始学习化 工原理的非计算机类专业的大二学生来说，大部分学生暂时还不具备这方面的计算机数据处理和图形化 处理能力．鉴于此，在教学中笔者 从目前大部分学生实际的计算机水平出发，充分利用电子表格软件 Excel 强 大的自动计算功能和 数据绘图软件 Orgin 丰富的绘图功能 来分别 进行数据计算 处理和绘图处理， 以达到教学的目的本文简述 此 方法如下． 2 利用电子表格Excel进行数据的计算处理 电子表格Excel具有很强的应用公式 进行数据处理的能力，特别是在Excel 单元格内输人的计算公 式中可以包含其他单元格 的相对引用或绝对引用，这样当公式被粘贴或填充时公式 内所含的单元格相对 引用可 自动产生相应的变化 ，从而可以实现 相 应 单元格内数据自动计算 ，而 计算公式中的单元格绝对引 用却不会随着公式被粘贴或填充而发生变化，因此在单元格内输入 计算公式时代表变量的单元格应使用 相对引用而代表常量的单元格应使用 绝对引用． 实验中我们计算雷诺数Re和摩擦系数入的方程分别为 Re 蚐 ＝坞p_ 1. 273 X fe 1Td 中 ＇ 入�罚飞扭 12. 013 X钮 16lV 2 lV2 在 公式输入时，表1内的参数如管长、管径、密度和粘度 应使用 单元格绝对引用 ， 0 收稿日期 2007-09-10 作者简介王晓1974-, 男，汉族，河南省西峡县人，讲师，硕士，研究方向高分子工程． 1 2 V和压差 1 1 4 洛阳大学学报 2 0 0 7 计示值 月却应使用单元格的相对引用．在对雷诺数 胁 和摩擦系数 A的计算公式进行拖动填充后可得如 表 2 所示的数据处理结果． 表 1 实验处理中的基本 - 4 t 1 7． 5 1 8． 6 1 9． 9 2 2． 4 2 3． 3 2 6． 7 2 9． 9 3 6． 8 41 ． 4 4 2． 7 4 4． 0 52． 9 5 3． 8 5 7． 6 6 6． 2 1 oo ． 7 1 3 5． 0 1 5 0． 0 1 5 6． 0 1 6 2． 0 1 8 2． 0 25 8． 0 33 0． 0 3 5 5． 0 3 8 0 ． 0 5 0 5． 0 5 4 0． 0 5 7 5． 0 6 5 6． 5 73 8． 0 1 1 ． 3 1 1 ． 5 1 1． 8 1 2． 5 1 2 ． 5 1 3． 2 1 3． 9 1 5． 2 1 6． 7 1 6． 8 1 6． 9 2 0． 3 2 0． 2 21 ． 0 2 3． 5 3 5． 8 48 ． 0 51 ． 0 5 3． 5 5 6． 0 6 2． 0 1 01． 0 1 07． 0 1 0 9． 5 1 1 2． 0 1 6 4． 0 1 6 3． 5 1 6 3． 0 1 8 6． 0 2 O 9． 0 6 ． 2 3 2 5． 0 2 46． 4 1 ． 31 9E 一0 6 33 3 0． 1 8 6 7 7． 1 41 9． 0 2 8 4． 9 1 ． 471 E 一0 6 3 72 0． 1 7 2 0 8． 1 3 7 2． 0 22 1． 0 1 ． 68 3 E 一0 6 4 2 5 0．1 4 9 8 9． 9 41 3． 0 2 0 0． 6 2． 0 5 9E 一0 6 5 2 0 0．1 3 2 4 1 0． 8 3 71 ． 1 1 7 7． 3 2． 0 9 3E 一06 5 2 9 0．1 2 91 1 3． 5 3 7 0． 0 1 3 3． 6 2． 7 6 9E 一06 7 0 0 0． O 9 2 2 1 6． 0 41 0． 0 1 2 6． 1 3． 2 51 E 一0 6 8 2 2 0． 07 93 21 ． 6 4 7 4。 0 1 0 7． 4 4。 41 3 E 一0 6 1 1 1 6 0． 0 58 1 2 4． 7 4 7 4． 0 9 2． 3 5． 1 3 5 E 一0 6 1 2 98 0． O 4 91 2 5． 9 4 4 6． 5 8 4． 4 5． 2 9 0E 一0 6 1 3 3 7 0． o 4 8 5 27． 1 41 9． 0 76． 4 5． 48 4E 一0 6 1 3 8 6 0． O 4 7 2 32 ． 6 4 5 0． 0 68． 3 6． 5 8 9E 一06 1 6 6 5 0． 0 3 9 3 3 3． 6 46 7． 0 68． 2 6． 8 4 8E 一06 1 7 31 0． 03 75 3 6。 6 4 6 7． 0 6 4． 6 7． 2 2 9E 一0 6 1 8 2 7 0． 0 3 6 7 4 2． 7 4 6 0． 0 5 9． 7 7． 7 0 5E 一0 6 1 9 48 0． 0 3 7 7 6 4。 9 4 6 4． 0 5 2． 5 8． 8 3 8E 一0 6 22 3 4 0． 0 4 3 5 8 7 ． 0 4 6 7． 0 4 5． 0 1 ． 03 8 E 一0 5 26 2 3 0． O 4 2 3 9 9． 0 41 8． 0 3 8． 3 1 ． 0 91 E 一0 5 27 5 9 0． 0 43 5 1 0 2． 5 43 8． 0 3 9。 3 1 ． 1 1 5E 一05 2 81 7 0． o4 3 2 1 0 6． 0 4 58 ． 0 4 0． 2 1 ．1 3 9E 一05 2 8 8 0 0． 0 4 28 1 2 0． 0 4 3 9． 2 3 6． 0 1 ． 2 2 0E 一0 5 3 08 4 0． O 4 22 1 5 7。 0 4 2 3． 9 3 0． 0 1 ． 41 3E 一0 5 3 5 7 2 0． 0 41 2 2 2 3 ． 0 4 3 0 ． 3 2 5 ． 0 1 ． 7 2 1 E 一0 5 4 3 5 1 0 ． 0 3 9 4 2 4 5 ． 5 4 0 5 ． 0 2 2 ． 3 1 ． 8 1 6 E 一0 5 4 5 9 1 0 ． 0 3 9 0 2 6 8。 0 3 8 0． 4 2 0． 0 1 ． 9 02 E 一0 5 4 8 0 8 0． 03 8 8 3 41 ． 0 3 72． 6 1 7． 0 2． 1 9 2E 一05 5 5 40 0． 03 7 2 3 76． 5 3 6 9． 0 1 5． 9 2． 3 21 E 一0 5 5 8 6 6 0． 0 36 6 4 1 2 ． 0 3 6 5 ． 3 1 5 ． 0 2 ． 4 3 5 E一0 5 6 1 5 6 0 ． 0 3 6 4 4 7 0 ． 5 4 1 5 ． 2 1 5 ． 7 2 ． 6 4 5 E一0 5 66 8 5 0 ． 0 3 5 2 5 2 9 ． 0 4 6 0 ． 0 1 6 ． 3 2 ． 8 2 2 E一0 5 7 1 3 3 0 ． 0 3 4 8 ● 2 3 4 5 6 7 8 9 m 加 勰 { j 维普资讯 第 4期 王晓等 E x c e l 与 O r g i n联用处理流体流动阻力数据的研究 l l 5 3 利用 O r g i n进行数据 的图形化处理 数据绘图软件 O r g i n是 Mi c r o c a l 公司的产品， 具有很强 的实验数据 图形化处理能力 ，并且与 电子表 格 E x c e l 间有较好的数据通信能力． 在利用电子表格得到上述实验数据处理结果的基础上 ， 利用复制后粘贴的方法将 电子表格 E x c e l 内 雷诺数 和摩擦系数 A的处理结果粘贴到 O ri g i n的数据表中，应用散点图模板即可得如图 1所示 的数 据散点图 当然此图与我们最终图形 尚有一定的差异 ． 0 0． 0． 0． 0 蓄 0 ． ∞ 墨 0 ‘ 0． 0． 0． 0． O 1 oU 0 2 oo O 3 o U 0 4 0 0 0 5oo o 6 oU 0 7 00 0 8 o U 0 X Axi s Ti t l e 图 1 数 据 的散 点 图 在 O r gi n中， 我们将图 1的坐标轴类型设置为双对数模式 ， 依据上述表格 中的数据计算结果分别设 置 轴 、 Y轴的取值范围 注意根据数据范围的具体情况对坐标轴的上下限分别留一定的余量 ， 并且对 标记和显示格式等方面内容分别进行定制 ， 即可得如图 2所示 的雷诺数 和摩擦系数 A间的双对数坐 标系内的关系图． ★t ．- - _ ★ ● 图 2数据 的双 对数 图 4 结论 与传统的流体流动阻力实验数据处理方法相比，电子表格与图形处理软件联用对流体流动阻力实验 数据进行处理的方法主要有以下优点． 1 实验数据处理过程简单明了， 学生比较容易掌握． 2 数据计算处理充分利用了电子表格的智能公式功能 ， 数据计算 自动进行 ，工作量小． 3 计算机 电子表格处理的实验结果准确 ， 计算精度也可 以随时对单元格进行精度设置来修改 ， 避 免了因精度改变而需要进行重复计算的问题． 4 充分利用绘图软件 O r gi n的图形特殊定制功能和双对数坐标内数据自动准确定位的功能， 使得 实验结果中的雷诺数 和摩擦系数 A间在双对数坐标系内的关系得以准确表达． 总之 ， 采用 电子表格与图形处理软件联用对流体流动阻力实验数据进行处理的方法不仅切实可行 ， 1 1 6 洛阳大学学报 而且有效地解决了传统流体流动阻力实验数据处理方法存在的种种不足， 值得我们在教学过程中进行使 用．同时， 这种方法开阔了学生的视野， 培养了学生将计算机知识与专业知识相结合的意识， 进而有利 于学生整体素质的提高． 文中符号说明如下． d 测量管管径 ， m； 水在测量管内的流速，m ／ s ； P 水 的密度，k g ／ m ； 水柱 的高度差 ， m mH O； 雷诺数； V 水的流量， m ’ ／ s ； 水的粘度， P a S ； A 摩擦系数； Z 测量管管长 ， m． 参考 文献 [ 1 ]王志魁．化工原理[ MJ ．北京 化学工业出版社， 2 0 0 5 ． [ 2 ]谭天恩，窦梅 ， 周明华．化工原理 下册 [ M] ．北京 化学工业出版社， 2 o 0 6 ． [ 3 ]史贤林，田恒水，张平．化工原理实验[ M] ．上海 华东理工大学出版社， 2 0 0 5 ． [ 4 ]东箭工作室．E x c e l 2 0 0 0中文版用户伴侣[ M] ． 北京 清华大学出版社 ， 1 9 9 9 ． [ 5 ]挂茂康， 刘宴兵， 袁浩．E x c e l 与数据处理[ M] ． 北京 电子工业出版社 。 2 0 0 5 ． [ 6 ]郝红伟．0 r i g 6 ． 0实例教程[ M] ．北京中国电力出版社， 2 0 0 0 ． [ 7 ]方安平．O r i g i n 7 ． 5科技绘图及数据分析[ M] ．北京 机械工业出版社， 2 0 0 6 ． [ 8 ]万伟， 牟玲．基于 Exc e l 实现实验数据计算机处理[ J ] ．洛阳工业高等专科学校学报， 2 0 0 5 ， 3 ． [ 9 ]包洪政．如何用 E x c e l 处理化学实验数据[ J ] ．赤峰学院学报 自然科学版 ， 2 0 0 5 ， 1 ． [ 1 0 ] 徐景士， 黄德超， 刘华卿． 应用 Exc e l 2 o o o 处理物理化学实验数据[ J ] ． 江西师范大学学报 自 然科学版 ， 2 0 0 5 ， 2 ． [ 1 1 ]彭彬，肖 信 ， 袁中直．用 O r i gi n进行化学实验数据处理[ J ] ．化学教学， 2 0 0 3 ， 6 ． [ 1 2 ]蔡超 ， 高作宁．M i c r o c a l O ri gin软件包在数据处理与图形绘制中的应用[ J ] ．宁夏工程技术， 2 0 0 3 ， 1 ． [ 1 3 ] 赵玛 ， 魏剑英， 韩周祥， 等． 0 r i g 6 ． 0软件在分析化学数据处理中的应用 [ J ] ． 郑州轻工业学院学报 自然科学 版 ， 2 O 0 6， 3 ． I 1 4 j陈旭红． 用 O r i gi n 软件的线性拟合和非线性曲线拟合功能处理实验数据[ J ] ． 江苏技术师范学院学报， 2 0 0 6 ， 6 ． S t u d y o n Da t a Di s p o s a l o f F l u i d Fl o w Re s i s t a n c e Us i n g Ex c e l a n d Or g i n W ANG Xi a o ，ZHANG Li 1 ．E n v i r o n me n t a n d C h e mi s t r y C o l l e g e ， L u o y a n g I n s t i t u t e o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， L u o y ang 4 7 1 0 2 3 ， C h i n a ； 2 ．He n an R u i f a H y d r o p o w e r E q u i p me n t C o ．L t d ． ， X i x i a 4 7 4 5 0 0 ， C h i n a ABS T R AC TUs i n g t h e f u n c t i o n o f p o we r f u l d a t a c a l c u l a t i o n o f E x c e l a n d the c a p a c i t y o f c o mp l i c a t e d d a t a fi g u r i n g o f O r g i n，t h e d a t a o f fl u i d fl o w r e s i s t a n c e c a r t b e c o mp u t e d an d g r a p h e d r e s p e c t i v e l y ．I n o the r wo r d s ， the me t h o d c a n s pe e d i l y a n d e x a c t l y d i s p o s e the d a t a o f fl ui d flo w r e s i s t a n c e ． KEY W ORDSfl ui d flo w r e s i s t a n c e；Ex c e l ；Or g i n；d a ta 责任编辑 王晓