EES工程方程解答器软件中文用户手册.docx
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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:
sale@
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EES
EES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。
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。
函数的第一个主题字是物质名字，如本题里的R134a。
下一个主题字是由具有含意的单字母表示的变量和一个等号。
可用的字母是T，P，H，U，S，V以及X，分别表示为温度、压力、比焓、内能、熵、比容和干度。
对于空气湿度函数，可用字母有W，R，D和B，分别表示为含湿量、相对湿度、露点温度和湿球温度。
不需要格式化命令的一种使用函数的简易方法，是利用“Options”菜单里的“FunctionInformation”命令。
该命令将弹出如下所示的对话框窗口。
点击'“ThermophysicalProperties”
圆形按钮。
内部热物性函数的列表将显示在右边，而物质列表也显示在左边。
通过点击函数名来选择物性函数，如有必要使用滚动条使它显示在屏幕里，以同样的方式选择物质。
在按钮底部的“Example”方框里将显示函数格式的例子。
如果需要，在方框里的信息可以改变。
点击“Paste”按钮将例题复制到“Equation”窗口光标所在的位置。
点击“FunctionInfo”和“FluidInfo”按钮可获得一些附加信息。
在解方程组之前最好能确定变量的推测值和上下限（可能的话），这可利用“Option”菜单内的“VariableInformation”命令做到。
在展示“VariableInformation”对话框之前，EES检查句法并且编辑新近输入和/或改变了的方程式，然后用一个未知量解方程组。
然后才出现“VariableInformation”对话框框。
在“Equation”窗口中显示的“VariableInformation”对话框中每个变量都会包含一行。
默认情况下，所有变量的初值均为1.0，上下限分别为正无穷和负无穷。
（若EES先前计算过变量的值，则上边界和下边界以斜体的形式显示，这种情况下，初值列将显示计算值。
这些斜体形式的值仍然可以修改，这将迫使EES重新计算变量的值。
）
在“DisplayOption”展示选择栏中的A表明当它显示在Solution解决办法窗口时，EES将自动为变量的数值确定显示形式。
这样的话，EES将选择合适的数字的数量，因此在A右边的数字栏将不发挥作用。
默认为自动地面接收机终端格式化。
其它的展示选项是F（对固定的在小数点右边的数字的数量来说）和E（对指数的形式来说）。
显示和其他默认能容易随Options菜单内的DefaultInformation缺省信息命令而变，这在第3章讨论。
第3个Displayoptions展示选择栏控制强光突出hilighting影响，例如正常的（默认），加粗，框出。
如果想要，变量的单位能被指定。
单位将在Solution解决办法窗口和/或在ParametricTable参数表格里和变量一起显示。
EES不仅仅自动进行单位变换还能通过（第4章）Convert转变的功能提供单位变换。
并且用计算菜单内的CheckUnits命令来校核单位。
输入到这里的单位制信息只用于展示目的。
利用非线性的方程式，为了确定所需的解决办法，提供合理的推测值和界限有时是必要的。
（这对于本题不需要.）从问题的物理学出发可得到一些变量的界限。
在事件例子内，出口焓，h2，应该合理接近于h1值。
把它的推测值确定为100和它的下限为0。
确定出口比容，v2的推测值为0.1和它的下限为0。
滚动变量信息目录使Vel2呈现在眼前。
Vel2的下限也应该是零。
为了解决方程式组，从Calculate计算菜单中选择Solve解决命令。
将弹出一个信息对话框框说明耗费的时间，最大残余量（即在方程式左边和右边之间的差别）和自从最后一迭代在变量值内的最大变化。
当计算完成时，EES显示事件中的方程式的总数和块数。
块是一个可以被独立解决的方程式的子集。
EES自动将方程式分块，在任何可能的情况下，以便改进计算效率，如附录B描述。
当计算完成时，这个按钮将由Abort改变为Continue继续。
经默认，当发生到100次迭代，耗费的时间超过60秒，最大残余少于10-6或者最大的变量的变化少于10-9时，计算将停止。
这些默认可以随选择菜单中的StopCriteria命令而变。
如果最大残余比关于StopCriteria确定的值更大，则方程式计算错误，也许是因为在一个或更多变量上的边界限制这个解决办法。
点击Continue继续按钮将除去信息对话框并且展示在下一页上显示的Solution解决办法窗口。
由于T2，m2和Vel2的值被确定，问题现在就完成。
EES的最有用的特征之一是提供参数研究的性能。
例如，在本例题内，节流阀的出口温度和出口速度如何随出口压力变化是相当有趣的。
利用Tables菜单中的命令可以自动进行一系列计算和平面绘制。
选择NewTable新表格命令。
将弹出一个对话框框以显示出现在Equations窗口内变量的清单。
这样的话，我们将创建包含变量P2，T2，Vel2和h2的一张表格。
在左边从变量的目录点击P2。
这将引起P2被强调，增加按钮将被激活。
现在点击增加按钮把P2移到在右边的变量目录。
如有必要，对T2，h2和Vel2重复该操作，使用滚动条使变量呈现在眼前。
（作为捷径，你在左边的目录里双击变量名称把它移到右边的目录。
）表格安装对话框框现在应该如上所示出现。
默认表格名字是Table1表格1。
这个名字在这点或者稍后可以被改变。
点击OK按钮建立表格。
参数表格的工作方式与电子表格相类似。
你能直接打印数目进单元格。
你输入的数目将以黑色来显示并且只要你把变量确定成那值用在方程式窗口里的一个方程式就能输出相同的效果。
删除在当前方程式窗口内P2=300方程式或者用注释括号{}把它括起来。
这个方程式将不需要，因为P2的值将在表格里确定。
现在，因为T2已被确定则可输入P2的值。
本题已经选择100到550的值。
（使用在表格里改变值菜单，通过点击显示有P2的单元格并且从popup菜单中选择AlterValues，或者通过利用每个表格栏顶部的右上方里的AlterValues控制，来自动输入值，在第2章解释.）参数表格现在应该象如下所示的那样出现。
现在，选择解决Calculate计算菜单的SolveTable表格。
SolveTable对话框窗口将出现以允许你选择关于完成计算将做的运行。
如果不止一个参数表格确定，表格的选择也将是多选择的。
当选择UpdateGuessValues更新猜测值控制时，如图所示，关于最后一次运行的解决办法将为下一次运行提供猜测值。
点击OK按钮。
一个地位窗口将被展示，表明这个解决办法的发展进度。
当计算完成时，T2，Vel2，和h2的值将输入表格。
EES计算的值将用蓝色，加粗或斜体的形式展示在屏幕内这取决于Options菜单里的Preferences对话框窗口的ScreenDisplay条。
现在在象P2和T2之间的变量关系就明显了，但是它用一个平面图观察就更清楚。
从Plot平面图菜单中选择NewPlotWindow。
将显示下面所示的NewPlotWindow对话框窗口。
选择P2为x轴是通过在x轴目录里点击P2。
选择T2为y轴则通过在y轴目录里点击T2。
选择适合P2和T2的刻度限制，并且确定给刻度的的数量划分如图所示的那样。
栅栏线使平面图更容易读。
同时为x和y轴点击GridLines栅栏线路控制。
当你点击OK按钮时，平面图将被建造，平面图窗口将如下所示的那样出现。
一旦创建，改变平面图的显示形式有多种方式，如第2章里的PlotWindows以及第3章里的Plot平面图菜单所描述。
这个例子问题阐明了一些EES的性能。
以此例为依据，你应该能解决问题的很多类型。
不过，EES有更多的性能和特征，例如适合曲线，不确定性分析，复杂的变量，阵列。
第二章EESWindows
简介
一般信息
与问题相关的数据（information）会呈现于一系列的窗口中:
首先,方程及其注释被输入到方程窗口。
求解方程之后,变量的结果显示在解方程窗口和数组窗口（SolutionandArrayswindow）中。
方程残余值和计算规则可以通过余值窗口看到。
附加窗口提供了参数和查找----一个图表和10个以上的坐标图。
当然,还有一个修改窗口。
本章将对每个窗口的功能和内容作详细的介绍。
所以窗口项可以同时打开（如:
可见窗口）。
最前面的窗口为活动窗口,它的标题将以高亮度（黑色）显示,下图给出了EES窗口项在MicrosoftWindows95或NT4.0系统中的外观。
在不同版本的Windows系统中EES外观会稍有不同。
值得一提的是,EES与其它应用程序有一个显著的不同点:
它的关闭窗口控制按钮（“X”）仅用于隐藏窗口而不是关闭它。
关闭后，这个窗口可以通过在Windows菜单中选择重新打开。
每一个窗口都有一系列控制钮：
1把窗口移动到屏幕的另一个位置。
将光标/鼠标移动到标题栏,按住鼠标左键,拖放到另一个位置即可。
2隐藏一个窗口。
在窗口标题栏左上方的“控制”（control）菜单中选择“关闭”（close）命令即可，或者直接用control+F4操作。
（Windows95和NT4.0在窗口的标题栏右上角也提供了一个关闭按钮）。
你可以通过Window菜单中选择“还原”隐藏的窗口。
3窗口右上角的最大化按钮可以使窗口放大至整个屏幕，最大窗口下方会出现一个带有向上、向下箭头的“还原”按钮（Restore），单击“还原”（Restore）按钮（或通过选择“还原”（Restore）生成“控制”（Control）钮）把隐藏的窗口恢复到原来的尺寸。
4任何一个窗口的大小可以通过窗口的四个边界控制来调整。
操作如下：
将光标移到窗口边缘，此时，光标变成水平或垂直的双箭头形式。
然后，按住鼠标左键，移动鼠标以调整窗口大小，当窗口不能容纳所有内容时，窗口上会出现滑动条。
5用鼠标左键双击标题栏左上方的EES图标可以隐藏该窗口。
6在Windows菜单中使用“Cascade”命令可移动所有窗口或改变它们的尺寸。
EquationWindow（方程式窗口）
方程式窗口的操作与文本处理很相似。
你只需将要求解的方程式输入到此窗口中。
一些编辑命令如：
“Cut、Copy、Paste”被置于“Edit”菜单中，你可以按一般的方式调用。
更多有关方程式窗口的说明如下：
1使用空行能让方程式窗口更具可读性。
2说明项应该用大括号（{}）或双引号（“”）括起来，而且可以跨越多行，并且括号内写入一组说明也是允许的。
引号内的说明将出现在已经完成的方程式窗口；当你在“Option”菜单中选择了“Preferenc”命令后，说明可以以不同的字体和颜色显示。
3方程式的输入不分次序。
方程式的排列顺序不会影响到对方程的求解，因为如附录B所描述的那样，EES会把方程进行组合，重排序，以便于对方程的求解。
4式子中运算符号的计算顺序符合FORTRAN、Basic、C或Passical语言中的规则。
例如：
式子
X等于
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