尹志芳　王鋒　曾永林　胡擁軍　龍立平

摘要：化工原理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過(guò)程中經(jīng)常會(huì)碰到雙縱坐標(biāo)圖的繪制，文章以Excel和Sigmaplot工具為例，針對(duì)離心泵特性曲線的測(cè)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別介紹了雙縱坐標(biāo)圖的繪制方法。學(xué)生通過(guò)對(duì)繪圖工具進(jìn)行多方面、多層次的深入學(xué)習(xí)，進(jìn)一步加深對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析能力，提高數(shù)據(jù)處理技能。

關(guān)鍵詞：化工原理實(shí)驗(yàn)；雙縱坐標(biāo)；Excel；Sigma Plot

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）21-0185-02

化工原理理論及實(shí)驗(yàn)是化工類(lèi)專業(yè)及化學(xué)、材料、環(huán)境等其他相關(guān)專業(yè)學(xué)生必修的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課，是連接化工原理理論課與工程實(shí)踐的橋梁。該課程旨在通過(guò)系列的單元操作實(shí)驗(yàn)，鞏固和強(qiáng)化所學(xué)的理論知識(shí)及與工程問(wèn)題的對(duì)接；培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決工程實(shí)踐問(wèn)題的能力，進(jìn)一步提高學(xué)生的工程素養(yǎng)。在實(shí)踐過(guò)程中，逐漸開(kāi)拓視野，掌握新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)。但在化工原理實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，涉及的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較多，數(shù)據(jù)處理量大，繪制的圖形需要關(guān)聯(lián)的參數(shù)較多。比如莫迪圖中需要將摩擦系數(shù)與相對(duì)粗糙度與雷諾數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)；離心泵特性曲線實(shí)驗(yàn)中需要繪制揚(yáng)程（H）-流量qV，軸功率（P）-qV以及效率（η）-qV的關(guān)系圖；干燥實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，物料含水量-時(shí)間及物料表面溫度-時(shí)間的關(guān)系。當(dāng)兩個(gè)縱坐標(biāo)的數(shù)據(jù)分部區(qū)域接近時(shí)，可以采用單XY軸圖。而當(dāng)兩個(gè)Y軸參數(shù)數(shù)據(jù)區(qū)域相差較大時(shí)，可以將部分參數(shù)放大一定的倍數(shù)使其數(shù)據(jù)區(qū)域接近。此外，繪制多縱坐標(biāo)圖往往更美觀，更有對(duì)比性。很多同學(xué)只知道單XY軸圖的繪制，需要繪制多縱坐標(biāo)圖時(shí)就束手無(wú)策。

化工原理理論及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理軟件很多。其中Matlab，VB，Python等比較專業(yè)，需要編程，需要函數(shù)和矩陣知識(shí)，對(duì)使用者要求較高才能實(shí)現(xiàn)圖表的繪制。Excel，Origin，SigmaPlot，GraphPad Prism，Aspen plus等無(wú)需編程，只要按照界面操作要求就能完成繪圖。SigmaPlot和Origin的界面簡(jiǎn)單，操作也更容易入門(mén)和掌握，相比于Office自帶的Excel，又提供了更多樣的數(shù)據(jù)圖表制作樣式以及自定義編輯。要制作多條水平或垂直軸更為簡(jiǎn)便，對(duì)數(shù)據(jù)的擬合有更多的選擇性。SigmaPlot的功能與Origin非常類(lèi)似，但是在操作的易用性上會(huì)更好，某些樣式的圖導(dǎo)出后比Origin效果更好。

以下就Excel和SigmaPlot數(shù)據(jù)處理工具繪制雙縱坐標(biāo)圖的方法進(jìn)行介紹，以離心泵特性曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為例，繪制H-qV、P-qV的雙縱坐標(biāo)圖。

一、實(shí)驗(yàn)原理

離心泵是化工生產(chǎn)中輸送液體常用的設(shè)備，主要性能參數(shù)有流量qV、揚(yáng)程H、軸功率P和效率η等。在一定的轉(zhuǎn)速下，qV、H、P和效率η都隨q變化而變化。通過(guò)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)測(cè)出一定轉(zhuǎn)速下的H-qV、P-qV和-q之間的關(guān)系，并以曲線表示，該曲線即為離心泵的特性曲線。

1.離心泵的流量用出口閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，用渦輪流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量。

2.揚(yáng)程H的測(cè)定根據(jù)泵進(jìn)口真空表和出口壓力表兩測(cè)壓點(diǎn)截面間的伯努利方程得到。

H=h + +

式中h 為兩測(cè)壓截面之間的垂直距離，m；

u ，u 為泵進(jìn)出管內(nèi)流速，m/s。

3.離心泵的軸功率是泵軸所需要的功率，是用三相功率表測(cè)量的電動(dòng)機(jī)的輸入功率進(jìn)行校正后（校正系數(shù)k為已知）得到的值。P =P ·k

4.由于離心泵各種能量損失的存在，軸功率僅有一部分提供給流體，即有效功率Pe。有效功率與軸功率的比值即為效率η。η=P /P =Hq ρg/P

二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖方法

經(jīng)初步處理后得到的流量、揚(yáng)程、軸功率和效率的參數(shù)，繪制揚(yáng)程、軸功率與流量的關(guān)聯(lián)圖（效率-流量關(guān)聯(lián)圖方法一致）。

1.Excel作圖法。不同版本的Excel操作方式略有不同，但大同小異，下面以Excel2010為例。（1）打開(kāi)Excel數(shù)據(jù)表，在該表中輸入流量、揚(yáng)程、軸功率三組數(shù)據(jù)。（2）選取數(shù)據(jù)表，菜單欄插入“散點(diǎn)圖”。對(duì)系列1和系列2進(jìn)行名稱修改后得到H-qV和P-qV的關(guān)系圖。（3）對(duì)軸功率坐標(biāo)軸進(jìn)行調(diào)整，選擇“軸功率”的散點(diǎn)圖，鼠標(biāo)右鍵選擇“設(shè)置數(shù)據(jù)系列格式”，將數(shù)據(jù)設(shè)置為“次坐標(biāo)軸”（默認(rèn)的是主坐標(biāo)軸）（關(guān)鍵步驟）。（4）刪掉次要水平軸，選中需要修改的坐標(biāo)軸，右鍵選擇“設(shè)置坐標(biāo)軸格式”，對(duì)主要坐標(biāo)軸的屬性進(jìn)行修改。在填充與線條下選擇顏色（如黑色），在坐標(biāo)軸中修改邊界、單位、刻度線標(biāo)記的類(lèi)型等，在文本選項(xiàng)中修改刻度的字體和顏色等。（5）根據(jù)散點(diǎn)的規(guī)律添加趨勢(shì)線，比如軸功率與流量符合線性關(guān)系，用直線進(jìn)行擬合，揚(yáng)程與流量符合拋物線方程，所以用多項(xiàng)式進(jìn)行擬合。然后在填充與線條工具欄下可對(duì)圖形的顏色或標(biāo)記進(jìn)行進(jìn)一步的美化。（6）選中圖形上的任意位置，直接點(diǎn)擊圖形，選中軸標(biāo)題下需要標(biāo)記的主要縱、橫坐標(biāo)軸和次要縱坐標(biāo)軸，進(jìn)行命名即可得到完整的雙縱坐標(biāo)圖。

2.SigmaPlot作圖法。SigmaPlot都是英文版，版本在不斷更新，但操作方式也大同小異，下面以SigmaPlot 10.0為例。（1）打開(kāi)SigmaPlot 10.0界面，在數(shù)據(jù)表Data1中有多個(gè)空白列，作雙縱坐標(biāo)圖時(shí)，先輸入對(duì)應(yīng)的X和兩列Y軸數(shù)據(jù)，選中1-3例的所有數(shù)據(jù)，選擇X Multi Y，匯出兩條曲線的散點(diǎn)圖。（2）利用Graph-Add Axis-Plot 2-Y Axis-Right方位，即可添加第2條曲線的縱坐標(biāo)Y（這是關(guān)鍵步驟），若需要作雙橫坐標(biāo)圖，則選擇添加X(jué) Axis。（3）分別選中需要擬合的數(shù)據(jù)，對(duì)軸功率曲線進(jìn)行直線擬合，對(duì)揚(yáng)程曲線進(jìn)行多項(xiàng)式擬合。（4）選中需要修改的數(shù)據(jù)，右鍵選Object Properties，對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)的顏色和形狀等屬性進(jìn)行修改，最后修改縱橫坐標(biāo)的標(biāo)注，即可得到完美的雙縱坐標(biāo)圖。

三、結(jié)論

對(duì)比兩種作圖工具作雙縱坐標(biāo)圖的步驟可知，Excel作為Office的自帶工具，大眾化，獲取方便，操作簡(jiǎn)單，已受到各行各業(yè)工作人員的青睞。SigmaPlot軟件在繪圖過(guò)程中使用簡(jiǎn)便，每一環(huán)節(jié)的引導(dǎo)性強(qiáng)，對(duì)復(fù)雜曲線的多項(xiàng)式擬合有更多的選擇，擬合曲線的相關(guān)系數(shù)更好。其他幾種界面操作型的數(shù)據(jù)處理軟件在科研領(lǐng)域也越來(lái)越占據(jù)更多市場(chǎng)。學(xué)生只有通過(guò)對(duì)繪圖工具進(jìn)行多方面、多層次的深入學(xué)習(xí)，才能進(jìn)一步加深對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析能力，提高數(shù)據(jù)處理技能。

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