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计算机模拟技术的应用范文1
关键词：计算机；模拟技术；水资源；检测；应用
中图分类号：TP18
水资源的监测，其目的在于对水资源的水质以及水体进行监测，保证使用水以及库存水的水体安全。此外，在一些蓄水机构中，对于水位的监测等都是非常必要的。因此，做好水资源监测，不仅需要对其水质以及水体进行了解，同时需要针对水位等信息进行实时的监测，从而保证安全。在实际的水资源监测中，人工监测已经无法满足现代的需求。因此，引入计算机技术，作为水质监测中的主要技术。其中。计算机模拟技术是主流技术之一，在一定程度上实现了水体监测的主要工作，并为水资源监测实现了智能化与自动化。本文将重点分析计算机的模拟技术原理，并探讨其在水资源监测中的应用。
1 计算机模拟技术的原理分析
计算机技术发展最为快速，并且在各个行业中也有着自身的应用标准。对于其他行业的发展，计算机技术实现了主要的推进作用，从而帮助其他领域与行业实现现代化。在诸多的计算机技术中，计算机模拟技术属于计算机的高端技术，其中融合多项领域的技术进行有效结合，从而实现了对现实事物的模拟与仿真。本文中对于计算机模拟技术的应用，其在水资源的监测中也有比较突出的应用表现。那么，计算机模拟技术的技术原理是什么呢？
首先，计算机模拟技术属于结合性技术，也就是并非是单方面的计算机技术。计算机模拟技术中，需要外接设备，对于外接事物或者需要研究的对象进行有效地输入。外接设备一般都采用摄像设备，并且能够拥有与计算机进行无缝对接的接口，从而保证将外界事物进行有效输入。输入设备输入后，需要进行格式转换。由于计算机能够识别的是机器语言，因此需要将图像数据进行转化，其中包括机器数据语言等。转换以后，通过计算机的模拟软件，实现模拟的功能。此外，如果需要进行相应的预警或者是信号输出，还要进行相应的信号发射应用开发，从而实现完善的模拟监测预警系统。
其次，计算机模拟技术的核心在于现实模拟。模拟技术在生产领域以及设计领域中应用的最为广泛，其中包括如何进行水下监测以及现实还原等。模拟技术通常会依托于点距原理，其中将现实事物进行像素分解，如果采用制图模式，可以通过对不同点距的数据进行修改，从而实现模拟的效果，实际上，计算机模拟技术并非只是通过输入设备，将图像或者是视频进行相应的输入，而是将这些原始数据输入以后，通过模拟软件，对点距的数据进行修改，从而模拟当外界条件发生变化以后出现的现象和结果做的预测的作用。
最后，计算机模拟技术是基于计算机软件应用的技术之一，其可扩展性比较强。实际上，目前纯粹的计算机技术是不存在的。一般目前的软件应用开发，都会基于多项应用，从而采用多领域技术进行结合开发，从而实现某一特定功能。因此，在进行计算机模拟技术的原理分析的过程中，仅仅从计算机语言的角度分析是远远不够的。计算机模拟技术一般采用面向对象程序设计语言进行编译，然后需要数据分析应用功能和信息请求等不同的功能。这些功能的结合，实现计算机模拟技术的核心部分。通过这些组合部分的技术原理分析，从而实现完善的计算机模拟技术的逻辑架构。
2 水资源监测中计算机模拟技术的应用
通过对计算机模拟技术的分析，了解计算机模拟技术的原理与应用领域。而在水资源监测的应用中，采用了一整套的监测系统，包括对水资源水体和水质的质量监督，数据标准与预警信号的设计等。因此，作为基于计算机模拟技术的水资源监测系统的开发与应用十分重要。以下将对水资源监测系统中的计算机模拟技术应用进行分析。
2.1 水资源监测中对于检测系统的计算机模拟技术应用；对于水资源的监测，其主要的目的在于如何实现对水资源的水质以及水体进行检测，其中包括水质成分和水质污染状况。目前，由于人类发展迅速，造成用水量巨大，导致了非常多的水资源短缺。因此，很多自然流水成为了目前主要的生活用水。生活用水的质量需要予以严格把关，并且需要进行实时的监测。因此，需要采用自动换远程监测系统，才能够保证能够时刻了解生活用水的使用源头。因此，计算机模拟技术开始应用于水质监测中，并且实现了较为不错的效果。其中，将计算机模拟技术应用到水资源的监测中，其中主要是利用计算机模拟技术的数据预测与模拟仿真。在水资源监测的过程中，针对不同水质以及水体的监测内容是有区别的。为了能够更好的对水资源的检测效果进行第一时间的反馈，并且在预测的意外问题内的监测结果评估。可以通过计算机模拟技术，将预测数据进行模拟输入，通过模拟仿真软件进行结果预测。这样的方式可以再很大程度上完善监测系统的完善性。并且，可以最大限度的降低成本，无需真正进行实物监测，而通过模拟软件即可以实现。
2.2 水资源的水位测量与计算机模拟技术应用分析；水位测量一般是水库以及储水设备中常用到的设备，水位测量是一种预警系统，通过对水位的测定，从而对自然水资源的一种保护。计算机模拟技术在水位监测中，可以做到正常的预警功能。其中，对于水位预测而言，计算机模拟技术的测试阶段非常重要。需要进行前期的数据统计，将近几年的水位数据进行研究分析，从而进行统计分析。计算机模拟技术可以通过模拟软件的输入数据端，将这些数据进行真实预测，从而得到一定的具有实际意义的结果。从这些水位测量结果中，可以通过年度的降水量以及需水量和用水量等三个因素，来对水资源储水设备中的水位测量进行科学计算，从而保证计算机模拟技术应用的实际效用。
2.3 水资源水体预警与计算机模拟技术的应用解析；对于水体与水质的监测而言，是水资源检测中最为重要的内容，也是计算机模拟技术应用最为实用的内容。水质的监测需要结合化学方法，通过计算机模拟软件的仿真，将所谓的化学软件对计算机中的水质数据进行监测，从而做到预警的目的。此外，针对计算机模拟技术进行的水体监测，主要是模拟水体中的主要物质，水质中包含的矿物质以及一些其他物质，是鉴定水资源的重要标准之一。为了能够得到精确的数据，通过计算机模拟技术进行测试，是非常有必要的。
3 结语
节能环保是未来发展的主流方向，也逐步受到了人们的重视。环境资源是人类必须重视的话题，水资源的水体与水质安全，是关系人类生存与发展的根本因素。水资源的监测工作是必要的，而且是必须引起重视的。随着科技的发展，越来越多的技术开始应用到水资源的监测工作中，其中以计算机模拟技术作为水资源监测的基础技术标准。计算机模拟技术的应用，在水资源的监测应用中，采用了三维立体的模拟技术，将监测过程进行前期模拟，从而发现水资源监测中容易出现的问题，并且将模拟的结果进行理论分析，从而对水资源的水体水质有基本的认识，保证了水资源的良好状况。
参考文献：
[1]王宝华.离子液体萃取精馏制取乙醇的计算机过程模拟与优化[J].化工进展，2013（08）：1780-1783.
[2]樊军，王全九，汪羽宁.质地和根系深度对水分探头埋设的仿真模拟[J].排灌机械工程学报，2013（01）：70-74.
计算机模拟技术的应用范文2
[关键词]计算机模拟 水利工程试验教学 学习环境
一、引言
计算机模拟技术自出现以来，逐步渗透到工程、文化、医学、娱乐等各个领域，它是“用高科技手段构造出来的一种人工环境”。它追求的是人机和谐，强调人在这一环境中进行自然的信息处理，因此自然得到了教育界的重视，尤其是对水利工程这门学科而言，将这一技术应用于试验教学是有必要的。计算机模拟为教育教学开辟了新的思路，因为它大大扩展了学生的经验范围。模拟能让学生去探索那些十分昂贵、十分危险、在时空上行不通或在现实中不可能达到的环境。将计算机模拟，尤其是虚拟现实引入课堂，可以让学生参与那些以其他方式无法体验的活动。计算机模拟还可以人工构造出因时间、环境、财力以及物理资源所限而无法出现的真实世界的模型，如水库溃坝及溃坝后下游淹没的场景等。水利工程学科教学中引入计算机模拟教学法，可以更直观形象的表达出数学公式的物理含义，因此，借助于新的计算机模拟技术模拟河流洪水演进具有十分重要的意义。通过计算机建立数字模型，将空间地理分布及所具有的属性进行数字化存储，建立河流系统防洪信息数字管理模型，能够快速、有效的对防洪信息进行管理，并可对不同频率的洪水进行仿真模拟。以图、表、或视频的形式显示出来，为水利工程学科试验教学提供了很好的教学平台。
二、计算机模拟水流系统基本原理
（一）河道水流水力学模拟原理
天然河道内水体的运动可以用圣维南方程来描述，它遵守水体的质量守恒和动量守恒。由质量守恒可以推导出连续性方程，是建立在水位变化率和契形或菱形渠道内水时变化的平衡关系上的[1]。由动量守恒可以推导出动力方程，是建立在惯性、扩散、重力和摩擦等相互作用的平衡关系上。其它如风或者说波动等的作风也可以考虑在内，但实际上因其作用甚微而不予考虑。
一般一维明渠非恒定流所采用的方程组为Q（流量），h（水位）为变量的圣维南方程组[2]，其基本形式为：
其中：A、Q、h分别为过水面积、流量、断面水位（潮位），U代表断面流速，Cs为谢才系数。
（二）洪水演进模拟技术
洪水演算即一定流量在不进行水位计算时沿着渠道行进时流量过程线形状的变化。洪水演算一个重要的特征就是取水。在模型中这一对象可以作为一个流量边界，或者可以放置于联结或蓄滞洪区与洪水验算节点之间。网型允许你为取水输入一些规则来说明水体或水库的运行。这些规则可以用一个定义在任意节点上的函数来描述取水或流量过程。将上下游之间的区域作为一个蓄水单元来揭示洪水演算的原理，因为相对于这个区域来说，入流过程线是知道的并且出流量是可以确定的。水流固有的连续性原理可以作为解决这一问题的基本方程，方程可用如下式子用示：
在一个时段内入流总量-同一时段内出流总量=蓄水量的变化量，用微分的形式可以表示如下[3]：
（3）
这里，dS/dt等于蓄水变化量相于时间的变化率，I是指入流量，O为出流量。为了便于计算通常以平均流量的函数来表示这个方程，也就是用式[4]：
（4）
式中，在时段Δt的始点和终点，并且它假设水文曲线在时间Δt内是直线变化的。值得一提的是选择时间步长Δt时，必须要小心以便保证水文过程线的所有重要特征不受影响，特别是演算的时间周期必须要小于河道内洪水波的传播时间。
三、计算机模拟模型设计
针对河网及明渠等的进行的水动力学模拟计算模型选择InfoWorks RS来模拟。该模型提供了明渠、洪泛区、蓄滞洪区，以及水利工程等完整的水力计算模型，同时，还提供了基于事件和概念型两种降雨径流模型。提供了直观的图形用户界面。通过InfoWorks RS，可以建立河网模型的网络、事件、逻辑控制等河网模型所需要的各种要素模型界面如图1，模拟功能结构如图2。
四、模拟模型建立与模拟
InfoWorks RS所需基础资料主要包括：几何资料、恒定流资料、非恒定流资料，这些资料是InfoWorks RS进行洪水分析都必不可少的，其他资料仅对相应类型的分析才需要。
（1）几何资料
包括建立河系的连接（图示河系）、断面数据、河段长度、能量损失系数（摩擦损失、收缩/扩散损失）、汇流点信息，以及水工建筑物资料（桥涵、溢洪道、堰）等。
（2）恒定流资料
包括：流态、边界条件、峰流量信息。
①流态（缓流、混合流、急流）在用户界面上指明，缓流曲线以临界水深以上计算，急流曲线以临界水深以下计算。如果流态从缓流过渡到急流，或从急流过渡到缓流，模型将按混合流模式计算。
②边界条件是在河系终端（上游和下游）建立初始水面线所必需的，而初始水面线又是进行推算所必需的。对缓流而言，边界条件仅用于河系下游端点；如推算急流，边界条件仅用于河系上游端点；如推算混合流，边界条件必须在河系所有终端设置。主要的边界条件有：已知的水面高程、临界水深、正常水深、率定曲线。
③流量信息用于断面以便推算水面线，每一河段的流量数据从河系的上游往下游输入。一旦在河段上游输入了流量值，就认为该流量不变，直到另一流量值在该河段发生。河段内断面的流速值可能发生变化，但是，在桥、涵或汇流点的中间，流速不变。
（3）非恒定流资料
包括：边界条件（外部的和内部的）和初始条件。
①边界条件必须在模拟河系的所有终端建立。河系上游端模拟所需的边界条件有：流量曲线、水位曲线、流量～水位曲线。河系下游端所需的边界条件有：率定曲线、正常水深（Manning方程）、水位曲线、流量曲线、流量～水位曲线。边界条件也可在河系内部建立，用户可以在内部断面指明：后续入流曲线、均匀入流曲线、地下水过渡流量。
②初始条件（流量和水位）是河系节点进行模拟所必需的。初始条件有两种不同的建立方式，常规的方式是：用户在每一河段输入流量资料，然后计算水面线高程。除此之外，还需定义指定蓄水面积上的初始水面线高程。
五、应用案例
（一）概况介绍
该案例是为同学们揭示一个水库在遭遇超标准洪水时溃坝后对下游的淹没范围、淹没时间及洪水水位，并参与制定防洪预案而设计的。案例结合某一水库，该水库库容为6820万m3，设计标准为百年一遇洪水。上游贾鲁河干流长26.3km，河底坡降为1/300～1/400；水库控制流域面积113km2，地处嵩山山前丘陵地带，自然地势由西南向东北倾斜，高程在海拔150～500m之间，地面坡度为1/300～1/400。水库设计标准为百年一遇洪水，水库校核标准为万年一遇洪水（加20%安全保证值）。水库设计坝顶高程为158.55m，现有高程158.60m。设计洪水位153.75m，校核洪水位158.60m。当水位超过158.60m时，库区水面抬高，通过水库自身调节能够安全泄洪，但如果水位继续抬高翻坝，有可能造成溃坝，对下游造成不可估量的灾难。
（二）模型建立
输入网络数据、事件数据和逻辑数据后，加载内部和外部边界，建立起的网络如图3：
（三）结果与分析
通过对校核标准下洪水下泄对下游的淹没情况进行模拟，得出了各断面最大流量时的各水力参数（如图4），各控制断面流量与流速度随时间的变化图（如图5），各断面水力要素随时间的变化图（如图6）和下游水库控制流域最大淹没面积风险分析图（如图7）。可以直观的是同学们了解和学及模拟过程，参与制定防洪预案。
六、结语
运用现代科学技术带给教育的不仅是手段与方法的变革，而且是包括教育观念、教育模式在内的一场历史性变革。
合理利用计算机虚拟技术能较好的实现实验教学改革，有效地加强实验教学手段的建设，解决教学场地和硬件资源的缺乏，扩展教学内容，激发学员学习兴趣，提高学习效率和教学质量。鉴于计算机网络技术发展的迅速，可结合计算机网络技术资源的应用，更好地进行大学实验教学改革。
1.项目基金：水利部“948”项目““实验室改造先进技术和设备”（编号：CT200210）
[参考文献]
[1]芮孝芳，陈界仁.河流水文学，河海大学出版社，2003
[2]David R.Maidment 主编，张建云 李纪生等译，水文学手册，科学出版社，2001
[3]郑邦民，槐文信，齐鄂荣.洪水水力学[M].武汉：湖北科学技术出版社，2000.
计算机模拟技术的应用范文3
【关键词】计算机模拟；计算机技术；优缺点；应用
中图分类号：TP39文献标识码：A文章编号：1006-0278（2012）06-128-01
随着现代信息技术的发展，我们在日常工作、生活中看见计算机模拟技术应用的身影。在科学和工业技术生产领域，因环境原因，不能进行完全体实验，因为部分试验其试验过程复杂、危险因素多、成本较高。正是该因素的存在，导致在现实环境中无法进行有效的科学试验，此时，避开现实空间，走进虚拟环境，用计算机虚拟环境模拟现实环境进行科学实验成为了必然选择，模拟抽象如图1所示。计算机模拟技术在不同领域广泛应用，但是事物总是存在双面性，在其方便、高效、快捷、灵活多变的优势下也存在着诸多不足之处，本文就此展开讨论。
图 1抽象模拟流程
一、计算机模拟应用
当前，随着计算机模拟技术的发展，其应用范围在生产、科研中得到广泛推广，如航天航空科学、工业部门、科学研究、军事领域、教育、工程技术等领域。
（一）计算机模拟技术在教育领域的应用
近年来，计算机模拟技术已经应用到教育领域。初始阶段，其灵活多变的优势已被广大教育同仁所认可，目前美国的一些大学开始进行计算机模拟教学。如通过模拟宇宙飞船，学生们可以对银河系进行访问；化学学科的学生可以实现随意用两种物质发生化学反应的模拟；安全课上，学生可以身临其近，将所学的安全知识运用到实践中，确保自身的安全等等。计算机模拟在教育界的应用，提高了学生的实践能力和灵活运用知识的能力，促进了教育事业的快速发展。
（二）计算机模拟技术在工程中的应用
计算机模拟技术在我国工程技术方面的应用已经达到一个成熟的境界。如长江三峡截流，计算机模拟技术为长江三峡截流成功起到了举足轻重的作用。在截流前期，科学家们采用计算机模拟的方式将三峡截流的相关数据和资料输入到计算机中，采用模拟试验进行截流模拟，为长江三峡截流的实际成功奠定了良好的基础。不仅如此，在后期，三峡工程的专家们仍然采用计算机模拟的方式对三峡工程将带来的社会效益、经济效益进行了模拟，通过计算机模拟在这方面取得了可靠地资料，为三峡工程决策提供了重要依据。
黄河小浪底工程、万家寨引黄工程等，这些工程也都采用了计算机模拟技术，为其实际工程的运营提供了良好的数据依据。除此之外，在建筑业中，采用计算机模拟技术及时发现工程中的问题，对其进行及时修改，以免造成严重后果，大大降低了修改成本，同时也推动了建筑业的信息化发展。
二、计算机模拟优缺点
（一）计算机模拟优点
计算机模拟技术的优点在于其具有反复模拟功能，其很容易改变系统的结构和系数。在解决一些实际问题时，用分析方法建模的形式来处理一些带随机因素的复杂系统，此时需要作很多简化假设，这可能与实际问题有相当大的差距，最终导致无法应用所得到的答案。这时，计算机模拟将成为解决这一问题的有效方法。
计算机模拟具有较强的灵活性和任意性，其不受时间、空间、条件的限制，这一优势使其成为一个解决实际问题的一个强大的工具。
计算机模拟只需从实际数据出发来模仿描述系统，逐步求精，准确地将系统反映出来，此时根本不需要对变动机理进行深究。
计算机模拟可以建立更高层次的模型，进行智能化模型处理，为决策提供数据支持。
（二）计算机模拟缺点
计算机模拟缺乏统一可信的测量尺度。主要是由于模型都是由建模者建立的，其与这些建模者的水平有很大关系。另外，建模者在观测的过程中很容易被自身预先设计大的结果所影响，导致结果主观性较强，因此导致模拟的结果不能被大众所认可。建模者本身的能力是有限的，要想超越系统、超越自身是非常困难的。这也是计算机模拟的弊端。
三、结束语
总之，计算机模拟是利用计算机对系统进行试验，使系统性效益达到最优，进而实现经济、社会效益双赢的目的。当然计算机模拟为我们工作生活提供了较大的便利，但是其自身缺点还是不可忽视，需在今后的工作中不断完善，使其能够发挥最大的优势，为社会做更大的贡献。
参考文献：
计算机模拟技术的应用范文4
【论文摘要】从装甲装备维修模拟化训练的主要手段、模拟化训练的时空和模拟化训练的主要方式三个方面，认真研究了未来装甲装备模拟化训练的发展趋势，探索了训练手段和方式的转变；详细分析了实物模拟向计算机模拟仿真、同地向异地、实物模拟技术向虚拟现实技术转变的过程与特点。
随着计算机信息技术迅速发展，仿真技术、网络技术以及虚拟现实技术在部队装甲装备维修和作业训练中得到广泛应用在此基础上产生的模拟训练方式，以其特有的科学性、经济陛对抗性、真实性、严密性、交互性、实时性、可控性和再现性等诸多优点，从而受到院校和部队的高度重视。认真研究未来装甲装备模拟训练的发展趋势，探索训练手段和训练方式的转变，对于指导院校教学改革和部队训练改革具有非常重要的意义。
1 模拟训练的主要手段由实物模拟向计算机模拟仿真系统转变
1．1 当前实物模拟训练存在的局限
培养装甲装备维修技术人才 ，加强动手能力的训练是一个重要方面，但采用什么样的训练手段 ，对提高训练质量至关重要。目前的模拟训练，主要是通过模拟真实的装甲装备各组成系统如底盘、火控系统、通信系统等来培养学员的作业和维修操作技能，技术上师徒相传，受场地、师资、实车、实物等条件的制约，训练周期长，教学难度大。装甲装备作业和维修训练是一种师生双向沟通的教学过程，无论教与学哪方面存在问题，其教学效果都要受一定影响。因此，以实物模拟为主要手段的模拟训练，有很大的局限性。
1．2 计算机模拟仿真系统的优势
随着多媒体技术的发展，计算机模拟仿真技术日益成熟，计算机模拟仿真系统中的装甲车辆和零配件，采用三维动画制作，图像的仿真程度和实物实景相差无几，它可以通过视觉、听觉、触觉等多种方式对学员的感官进行综合刺激，其效果是单靠实车、实物训练所无法比拟的。学员可以通过键盘、鼠标或操作杆，在计算机操作平台上进行拆装练习、维护保养 、排除故障，利用模拟操作台，在模拟战争环境中进行作业、抢修。模拟仿真系统还可以实现信息共享、人机交互和及时反馈，根据学员的具体情况，自行安排难度适中的训练内容 ，实现因材施教。计算机模拟仿真系统与真实装甲装备相比具有体积小、造价低、功能全等特点，硬件一次性投资以后，软件更新换代快，便于很快普及。因此，装甲装备维修训练由实物模拟向计算机模拟仿真系统转变是一种必然趋势。
2 模拟训练的时空由同地向异地网络化发展
过去的实物模拟训练局限在二间教室、一个车间或一个车场，参加学习的人数受到场地、师资、设备等条件的限制，教学效果很难保证。随着计算机及通信技术的发展，计算机网络技术的普及，模拟仿真训练将会开辟出一片新天地 ，可实现校内联网、院校和部队联网。
2．1 校内联网
学员在不同的教室，可以同时运用模拟仿真系统进行操作训练，打破 了场地设备等因素的限制，同时展开相同科 目的多个专业的教学。校内不同地点的模拟器(如多种车型的武器系统、火控系统、底盘、通信系统)互联 ，学员还可以按照战术想定进行编组作业。
2．2 院校和部队联网
院校的模拟仿真系统还可以同全军各训练机构的训练模拟仿真系统异地互联，实现远程技术教育、数据共享，为装甲装备维修专业的函授教育提供了强有力的技术支持。
3 模拟训练的主要形式由实物模拟向虚拟现实技术转变
近几年来 ，虚拟现实技术成为一项十分热门的技术，越来越多的人员投身到这个研究领域，致力于虚拟现实技术研究、开发及应用推广。虚假现实技术、理论分析和科学实验已成为人类探索客观世界规律的三大手段。虚拟现实技术带来的变化从以前的“以计算机为中心”变为“人是信息技术的主体”：由过去人机之间枯燥、被动的方式变成了人通过手和声音等自然的交互方式与机器交流，人机融为一体。据权威人士断言，虚拟现实技术将是 21世纪信息技术的代表 ，由此可见其重要性。目前，一些发达国家已开始将其应用于军事训练模拟。利用虚拟现实技术进行装甲装备维修技术训练，受训者不是被动地观察计算机中的模拟图像，而是居于一个虚拟的十分逼真的三维世界，在视觉、声觉、触觉等感觉的作用下，尤如身临其境的全身心地投入到“真实”的训练中。又因虚拟现实技术与真实的技术训练相比，没有多大差别，同时还具有交互性、可重复性和训练超前陛等特点，从而使教学效果更好。在未来的十几年内，类似的模拟训练系统，必将大批量生产和广泛普及。
信息技术和计算机的突飞猛进，必将带来训练观念、训练方式、训练手段的变革。运用计算机模拟仿真系统进行装甲装备的作业和维修训练，虽不能完全取代真车实件，但这种方式，有利于提高训练质量和效率，具有无限广阔的发展前景。
参考文献
计算机模拟技术的应用范文5
现如今环境污染问题逐渐严重，能源也面临短缺的危机，太阳能发电逐渐受到各国的关注和重视，提高太阳能等清洁能源的使用效果，减少环境污染。文章就计算机模拟技术在太阳能光伏发电中的应用情况进行分析和研究。
关键词：
计算机模拟技术；太阳能；光伏发电；应用
太阳能光伏发电是使用太阳能电池对太阳光辐射能进行有效的吸收，并将其转变为电能的一种发电方式。科学的开发利用太阳能这种清洁可再生的能源，能够使得能源短缺的问题得到有效的解决，使环境得到有效的保护。
1太阳能光伏发电概述分析
1.1太阳能光伏发电
太阳能光伏发电说的是通过半导体界面的光生伏特效应，使得光能转变为电能的技术。[1]太阳能光伏发电的关键性元件使太阳能电池，将太阳能电池串联起来然后密封保护起来，从而构成面积比较大的太阳能电池组件，加之功率控制器等的配合，形成光伏发电系统。太阳能是清洁性的、无污染、绿色能源，能够使得火力发电产生的空气污染物排放得到有效的解决。
1.2太阳能光伏发电的发展
19世纪40年代，太阳能发电方式就已经出现了，20世纪50年代出现了光伏电池，到了70年代，太阳能发电技术已经得到了广泛地应用。在美国、日本等发达国家太阳能发电技术有效的应用，在国家政策的支持下实现良好的发展。当前我国也对新能源的应用逐渐重视起来，太阳能光伏发电等一些产业也达到了国际的先进水平。
1.3太阳能光伏发电的特点分析
太阳能是一种可再生的能源，太阳能的覆盖范围是十分广泛的，并且储存着巨大的能量。利用太阳能的方式是比较简单的，不需要进行采掘，可以直接对辐射进行收集。利用太阳能生产不会出现多余的污染，这是一种新型的、绿色环保的能源，太阳能也比较温和、安全，不会出现工业事故。我国中西部地区阳光辐射量比较大，可以通过太阳能发展光伏发电产业。
2计算机模拟技术与太阳能光伏发电
2.1计算机模拟技术
当前的科学研究中，计算机模拟技术是比较常见的，通过计算机模拟对于科学试验而言是极为重要的。计算机模拟就是利用计算机对真实的事物进行模拟，通过模型对真实的系统进行模拟，实验系统中的内部结构、功能、行为等内容，利用实验使得系统能够实现良好的性能，实现良好的经济以及社会效益。60年代开始研究计算机模拟方面的内容，最开始研究的内容主要涉及军事、国防等方面，比如航空航天、核试验等，以及自动控制等内容。计算机应用逐渐广泛，涉及的面积比较大，当前在自然科学、社会科学等领域中得到了广泛的应用。
2.2计算机模拟技术与太阳能光伏发电
使用计算机模拟技术，数学建模各种对太阳能光伏发电情况的因素，从而获得太阳能辐射强度、积累的辐射量、特性曲线等对应的电流、电压、输出功率、发电效率等。[2]通过这些内容能够获得太阳能实时辐射的强度、对应曲线，光伏发电的发电功率曲线、电流、电压曲线等，建模之后科学的评价太阳能光伏发电系统，使得系统得以优化。
3建模太阳能光伏发电系统
3.1建立太阳能光伏发电系统的数学模型
在利用太阳能辐射时，会受到很多外部因素的影响和干扰，涉及大气层的性质、入射角、透明程度、辐射维度高低、土壤反射率等，[3]科学的考虑各种对数学函数关系产生影响的因素，结合多种因素建设数学模型，确立函数表达式，使得计算机模拟太阳能光伏发电系统的数学模型建立更加科学，保证计算过程更加顺利。辐射到地球表面的太阳能分为两个部分，一些直接被大地所接受，另一部分辐射出现了分散。需要综合考虑影响辐射的干扰因素以及太阳能辐射种类，建立计算机模拟太阳能光伏发电数学模型。建立了数学模型之后，再研究太阳能光伏发电时就能够进行函数表达，使得研究的过程更加简单、直观，也为计算机模拟太阳能光伏发电奠定了程序基础，使得数学模型更加精准，为计算机模拟实验提供基础，使得研究人员能够对相关的内容进行科学、直观的分析与研究。
3.2光伏电池板的数学模型
光伏电池等值电路模型有三种，一是简单的模型，不需要对光伏电池内部的电阻进行分析，这种模型在光伏电池理论以及复杂的光伏发电系统中应用极为广泛。二是只将光伏电池并联电阻的影响进行考虑的模型，这种模型有着很高的精准性，在实际中并不常应用。三是比较精准的模型，需要将并联和串联电阻都考虑到其中。
3.3建立其他数学模型
在研究过程中，太阳能电池板是比较重要的元件，所以需要对太阳能电板的特性进行分析研究，形成太阳能电板功率数学模型，使得研究更加科学。此外也需要建立蓄电池的数学模型，形成直流-交流逆变器的函数表达式。建立数学模型之后，联立之前建立的光伏电池数学模型、太阳能辐射数学模型，形成统筹的数学模型，[4]将其录入到计算机中，形成相应的函数库，技术人员整合编写，对计算机模拟太阳能光伏发电进行研究。
3.4对太阳能光伏发电系统进行模拟
将很多个太阳能光伏电池板组合起来，形成太阳能电池板。能够使太阳能辐射接收面积得以扩大，获得更多的太阳能辐射能。将接收到的太阳能转变为电能，生成直流电，经过接线盒达到控制器，另一部分进入到直流———变流逆变器中，进而转变为交流电。升压降压处理交流电，为用电一端提供使用。多余的电流可以在蓄电池内进行储存，以便下次使用。
3.5计算机模拟技术在太阳能光伏发电应用的结论
建模太阳能光伏发电系统，通过软件平台，对太阳能光伏发电系统的发电情况进行动态化的模拟，能够依据太阳辐射强度变化了解太阳能电池的输出特性。辐射强度增加，光照对电流的影响比较大，但是电压影响比较小。建立太阳能光伏发电系统的功率模型，能够确定系统运行的最佳电压与电流，使得输出功率更大。
4结束语
总而言之，现如今新能源逐渐受到关注和重视，太阳能光伏发电逐渐成为风力发电之后的又一种新能源发电方法，太阳能发电被广泛地应用与推广。通过计算机软件仿真建模太阳能光伏发电系统，科学的设计太阳能光伏发电系统，这起到积极的促进作用。对系统科学的认识，保证判断的科学合理，挑选作为合适的方案，尽量减少付出，从而获得最大的经济效益。
参考文献：
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计算机模拟技术的应用范文6
关键词：计算机模拟系统；腔内泌尿外科；临床教学
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）29-0248-02
医学教学的核心是掌握实践技能，医学教学过程中必要的示教和观摩虽有利于学生快速掌握理论和实践知识，但真正掌握临床操作技能，则需要一个漫长的实践过程。泌尿外科临床学习过程和其他外科专业一样，都是医学生在学校基础医学理论后，要将前期学到的书本知识用于理解并解决各种有关本专业临床问题。但是由于医学科学技术及相关手术器械的专科性的快速发展，导致泌尿外科的临床学习又不同于其他外科专业。由于泌尿外科所涉及的器官大多通过尿道与外界相通，所以腔、内镜技术尤其普遍。传统的4人同台手术的现象很少，所以学生普遍抱怨亲自动手的实践机会越来越少。为了解决这一矛盾，从事泌尿外科临床教学的教师除了要有过硬的专业知识、丰富的临床经验，还要在教学过程中善于发现问题，采取适合本专业特点的教学方法，培养他们良好的临床学习思维习惯及处理临床问题的能力。然而，随着国家医疗体制改革的推进，日益恶化的医疗环境及患者自我保护意识的不断增强，使得越来越多的指导老师不能和/或不敢放手让学生操作，因此学生的动手机会越来越少。这一矛盾在如今医疗教学中日益突出。模仿并重现临床操作环境的模拟系统成为了解决这一矛盾的有效方法，值得重视。
一、腔内泌尿外科的特点
由于泌尿外科涉及的器官大多通过尿道与外界相通，借助医疗器械的不断进步，使腔内泌尿外科快速发展起来。手术医生通过尿道或经皮穿刺将专用器械放入泌尿器官空腔内或器官外进行手术操作，目前已从最初的仅可用于观察的膀胱镜发展到输尿管镜、经皮肾镜及腹腔镜（包括后腹腔镜、单孔腹腔镜）等，近年更是出现了机器人手术操作系统。随着科学技术的发展，已逐渐取代了大多数传统的泌尿外科开放性手术。与传统的开放手术相比，腔内泌尿外科手术具有创伤小、恢复快等特点，还可以进入传统开放手术视野难以暴露的区域如前列腺和肾上腺区域。典型的例子有传统的耻骨上前列腺摘除术，目前已基本被经尿道前列腺电切术所取代，使得患者的创伤大大减小，出血量少，住院时间短，且无伤口，已然成为治疗前列腺增生症的标准。腔内泌尿外科所需相应设备主要包括各类窥镜（如膀胱镜、输尿管镜、精囊镜、经皮肾镜）、光源、摄像机、监视器、视频记录装置及手术器械组成。手术或检查时是将窥镜置人目标体腔后，利用冷光源进行照明，摄像机采集视频图像，并实时展现在监视器。后者可同步利用视频记录装置进行资料贮存，必要时重新播放。
二、腔内泌尿外科教学的困境
首先，传统单纯的讲授方法在腔内泌尿外科教学中存在一定的抽象性和局限性，通常学生无法理解，需要结合实践来进行讲授。但实际临床中，腔内泌尿外科一般1～2人即可完成，且助手直接参与过程较少，因此对学生而言，动手机会极少，多次旁观必然导致兴趣降低。其次，腔内泌尿外科也存在一定的手术风险，使得老师也极少放手学生实践。最后，即使学生在仅有的实践过程中，也多由老师手把手指导，使得学生无法充分暴露自身不足。但是，由于腔内泌尿外科所有操作过程都在显示器中显示，使得计算机模拟成为了可能。因此计算机模拟技术在腔内泌尿外科运用相对广泛。
三、计算机模拟系统特点
计算机模拟系统是借助于计算机技术及硬件设备产生三维空间，构建内镜操作的虚拟环境，让各位学生在各种接近临床实际操作环境下训练，操作感觉更真实，学习效果更佳。其可模拟腔内泌尿外科中的输尿管镜检查术，前列腺电切术，腹腔镜技术，经皮肾镜术等。其主要特点是能够真实再现整个手术过程，让学生身临其境，从而规范操作，提高操作能力。
四、计算机模拟系统在腔内泌尿外科教学中的优势
1.教学的灵活。用模拟系统进行教学最明显的优点是可以完全按照事前设定的教学进度表安排教学。亦可灵活安排教学实践时间和实践人员。计算机模拟系统可以通过反复刺激学生的视觉，有利学生对抽象事物的理解和记忆，从而提高他们掌握知识和技能的兴趣，最终将课堂教学提高了一个层次。
2.教学真实、可重复性。计算机模拟系统通过模拟典型的临床病例和手术环境，学生经过不断重复训练，可有效提高认知好操作技能。
3.避免不必要的风险。计算机模拟系统不以真人作为实践对象，这就大大降低了医疗风险，同时也减少了患者的担心。在模拟系统操作过程中，若出现重大失误时，计算机能够报警提示，使操作者及时做出纠正，反复训练后，失误将逐渐减少至无。且计算机有一定的考核评分标准，通过考核的学生进入临床正式实践时，将能最大程度的减少失误，使患者安全得到保障。
4.过程的可控性。计算机模拟系统可以随时在操作过程中添加一些临床问题或紧急情况，如出血，穿孔等，来考验学生应变能力。在操作过程中老师可以根据需要插入针对性讲解和引导学生自由讨论，还可以中断教学过程进行重点讲解临床上容易发生错误及并发症的节点。
5.增进教学效果。手术操作往往是外科实习学员最感兴趣的内容，因此模拟系统可以激发学生的兴趣，从而有利于教学的参与。同时模拟系统可以详细地记录学生每种操作中，操作时间、操作时对组织的损伤及出血量、器械在腹腔内的使用状况等，这样，学员可以发现自己在操作中的薄弱面，发现问题、进行针对性练习。老师根据学生的不同表现制定个体化的教学方案。利用模拟设备，在“真实”的环境中让学生进行“操作”，争取平滑过渡到临床，取得了良好的效果。
五、计算机模拟系统的实际应用
经尿道前列腺电切术是计算机模拟系统在腔内泌尿外科应用最为广泛的手术，并取得了良好的效果。其真实模拟前列腺增生患者的手术过程，显示器可显示患者前列腺，膀胱，尿道，由学员进行前列腺电切，计算机记录出血量，切除比例，完成时间，有无切穿包膜等，并打分，从而考核学员是否掌握该技术。该模拟系统使得学员操作更规范、更专业、更熟练。其他如输尿管镜，经皮肾镜及腹腔镜模拟系统也逐渐得到了开展。
六、计算机模拟系统的局限性
尽管泌尿外科的腔内操作的临床特点使得计算机模拟系统在临床教学中有着无可比拟的优点，但计算机模拟系统毕竟是一种“模拟”，其诸多优点，就是通过模拟训练是找到一种“感觉”，并不可以完全替代真正的临床操作，并要告诫学生，临床上不允许也不能“试错”。总之，从事泌尿外科临床教学的老师一定要适应腔内泌尿外科技术的发展需要，要及时和充分准备应对科技发展带给泌尿外科的临床教学带来的新挑战。计算机模拟系统为一些临床技能的训练提供了一种新的教学思路和途径，既保证了患者的安全，又提高了学生实践能力，最终提升教学了质量。我们要在正确认识泌尿外科临床实践特点的基础上，充分发挥模拟系统的优势，从而提高教学质量的目的。
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