*章新1,，李榮興1，侯彥青2，謝剛1,3,，崔焱3,，汪晶晶1

1.昆明理工大學 冶金與能源學院，云南 昆明 650093,；  2.省部共建復雜有色金屬資源清潔利用國家重點實驗室(昆明理工大學),，云南 昆明 650093; 3.昆明冶金研究院，云南 昆明 650031

　　摘要：Web數(shù)據(jù)庫具有持久性,、有效性,、共享性等特點，有效實現(xiàn)了物性數(shù)據(jù)和估算公式的管理,。分析了開發(fā)基于Web的流體物性數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的必要性,，對系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的選擇、系統(tǒng)架構,、資源權限管理,、數(shù)據(jù)交互、計算模塊實現(xiàn)等方面進行了詳細闡述,。該系統(tǒng)的建立不僅解決了傳統(tǒng)方法獲取流體物性數(shù)據(jù)復雜,、繁瑣等問題，而且還克服了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫移植性差,、用戶體驗性差,、數(shù)據(jù)更新慢、數(shù)據(jù)不全面等缺點,。為工程設計和研究人員提供了方便有效的應用工具,。

　　關鍵詞：流體物性計算；基于Web數(shù)據(jù)庫,；流體

0引言

　　流體物性數(shù)據(jù)是化工,、冶金、能源等領域進行工程設計和研究時必不可少的基礎數(shù)據(jù),。目前獲取物性數(shù)據(jù)的方式主要包括實驗方法和物性估算方法［12］,。在實際工作中由于受到條件限制，大部分工程技術人員往往借助物性估算方法來獲取數(shù)據(jù),。傳統(tǒng)手工計算物性數(shù)據(jù)具有復雜,、繁瑣等缺點，顯然不能滿足人們的需求,。隨著計算機技術的不斷發(fā)展,，也相繼出現(xiàn)了一些基于單機版的流體物性數(shù)據(jù)庫。但是這些數(shù)據(jù)庫具有移植性差,、用戶體驗性差,、數(shù)據(jù)更新慢等缺點,，為人所詬病。

　　傳統(tǒng)流體物性數(shù)據(jù)庫主要以表的形式顯示物性數(shù)據(jù),，其優(yōu)點是能夠提供精確的數(shù)據(jù),。但是對于用戶獲取某些不同溫度和壓力下的物性數(shù)據(jù)的需求，卻不能得到很好的解決,。用戶仍需利用復雜的計算公式進行計算,，這種單一的機械化工作消耗了研究人員相當多的精力，降低了工作效率［3］,。流體物性數(shù)據(jù)計算較為復雜,，各種理論、半經(jīng)驗,、經(jīng)驗公式各有特點,，且當前沒有一種共通的方法計算所有物性數(shù)據(jù)的情況［4］，因此,，建立一種物性數(shù)據(jù)和估算公式的管理的數(shù)據(jù)庫很有必要,。

　　基于Web的流體物性數(shù)據(jù)庫整合了常用物質的物性數(shù)據(jù)，并將其存儲在數(shù)據(jù)庫中,，作為計算系統(tǒng)的基礎數(shù)據(jù),。利用數(shù)據(jù)庫具有的持久性、有效性,、共享性等特點,，有效地實現(xiàn)了物性數(shù)據(jù)和估算公式的管理，解決了傳統(tǒng)流體數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)更新慢,、共享性差的缺點,，為用戶計算提供了便利。

1系統(tǒng)集成環(huán)境的選擇

　　選擇一種合適的系統(tǒng)集成環(huán)境,，不僅能夠滿足軟件的業(yè)務和邏輯需求,，而且還保證了系統(tǒng)的訪問效率和運行的安全性。本節(jié)將從系統(tǒng)服務運行的操作系統(tǒng),、開發(fā)語言、服務器軟件以及數(shù)據(jù)庫4個方面進行重點介紹,。具體系統(tǒng)集成環(huán)境如表1所示,。

　　1.1系統(tǒng)運行的操作系統(tǒng)

　　目前主流的操作系統(tǒng)主要包括Windows和Linux。雖然Windows操作系統(tǒng)便捷的視窗界面深受PC用戶歡迎,，但是其先天的內(nèi)核設計,，導致其漏洞較多。因此,，對于大部分軟表1系統(tǒng)集成環(huán)境條目內(nèi)容開發(fā)語言Java［5］運行的操作系統(tǒng)Linux系統(tǒng)開發(fā)工具Eclipse 81數(shù)據(jù)庫MySQL數(shù)據(jù)庫［6］Web服務器軟件Tomcat服務器前臺開發(fā)語言JavaScript,、HtmlMVC框架Struts,、Spring、Hibernate

　　件開發(fā)機構,，很少使用Windows系統(tǒng)作為軟件服務器系統(tǒng),。而Linux系統(tǒng)具有穩(wěn)定的安全保護機制、高效的多任務,、多用戶能力,，且免費開源，因此選擇Linux系統(tǒng)作為系統(tǒng)運行的操作系統(tǒng),。

　　1.2開發(fā)語言

　　針對系統(tǒng)的業(yè)務和邏輯需求,，選擇了Java作為系統(tǒng)開發(fā)的基本語言。相比其他開發(fā)語言,，Java語言具有以下優(yōu)點,。

　　（1）跨平臺性：對于Java程序,，不管是Windows平臺還是Linux平臺或者其他平臺,，它都適用。Java編譯器把Java源程序編譯成與體系無關的字節(jié)碼指令,，只要安裝了Java運行系統(tǒng)（JVM）,，Java程序就可以在任意的處理器上執(zhí)行［7］。

　?。?）安全性：Java適用于網(wǎng)絡分布式環(huán)境,，適用Java可以構建防病毒、防篡改的系統(tǒng),。

　?。?）健壯性：Java語言開發(fā)初期，開發(fā)人員投入了大量的精力進行問題檢測,、后期動態(tài)檢測,，采用指針模型設計消除了重寫內(nèi)存和損壞數(shù)據(jù)的可能性。

　?。?）便捷性：Java語言采用了面向對象開發(fā)模式,，實現(xiàn)了代碼復用。

　　同時,，由于Java語言的開源性,，使得越來越多的成熟的開發(fā)框架問世，比較著名的框架有：Struts,、Spring,、Hibernate。這些優(yōu)點使得開發(fā)更加便捷,，提高了開發(fā)人員的工作效率,。

　　1.3系統(tǒng)服務器軟件

　　開發(fā)語言的選擇決定了服務器軟件的選擇,，基于Java語言開發(fā)服務器軟件主要包括：Tomcat服務器、Resin服務器,、JBoss服務器,、WebSphere服務器、WebLogic服務器,?？紤]到開發(fā)成本以及系統(tǒng)運行所占的資源不大的特點，選擇了免費開源的Tomcat服務器,。

　　1.4數(shù)據(jù)庫的選擇

　　目前流行的數(shù)據(jù)庫主要包括：甲骨文的Oracle,、微軟的SQLServer、IBM的DB2以及瑞典 MySQL AB公司的MySQL,。這些數(shù)據(jù)庫的運行效率和安全性各有特點,。由于版權和開發(fā)成本的問題，系統(tǒng)采用了MySQL數(shù)據(jù)庫,。MySQL是一種跨平臺數(shù)據(jù)庫,，可以在多種平臺部署。其客戶端/服務端的架構的分布式管理模式完全滿足網(wǎng)絡運行的需求,。MySQL中的SQL語言具有功能強,、使用簡單、管理方便,、運行速度快,、可靠性高的特點。同時,，它具有免費開源的特點,，用戶可以自由地下載安裝和使用，并且可以無限制地應用到商業(yè)軟件開發(fā)中,。

2系統(tǒng)總體設計

　　2.1系統(tǒng)結構

　　系統(tǒng)由流體物性計算系統(tǒng),、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、流體物質數(shù)據(jù)庫,、數(shù)據(jù)校驗系統(tǒng),、數(shù)據(jù)庫幫助系統(tǒng)五大模塊組成。各個模塊基于MVC模式開發(fā),，保證了系統(tǒng)的高內(nèi)聚,、低耦合，為系統(tǒng)后期功能擴展提供了條件,。系統(tǒng)功能框架圖如圖1所示。

　　2.2流體物質數(shù)據(jù)庫

　　流體物性計算系統(tǒng)需要一些參數(shù)數(shù)據(jù),。為了減輕用戶查閱相關參數(shù)數(shù)據(jù)的工作量,，系統(tǒng)提供了流體物質數(shù)據(jù)庫,，方便用戶隨時調用。目前流體數(shù)據(jù)庫包括了常見的500多種流體物質的物理化學性質,，如密度,、分子式、摩爾體積,、分子結構,、沸點、熔點,、臨界參數(shù),、偶極矩等幾十種性質數(shù)據(jù)。流體物質數(shù)據(jù)庫是整個計算系統(tǒng)的核心部分,，系統(tǒng)計算所用的基礎數(shù)據(jù)都來源于該數(shù)據(jù)庫,。維護好、擴展好數(shù)據(jù)對整個系統(tǒng)使用和發(fā)展起到了至關重要的作用,。因此,，開發(fā)人員開發(fā)了一套功能齊全的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),，系統(tǒng)管理人員可以實時地對數(shù)據(jù)進行維護,。同時，系統(tǒng)也會定期備份數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù),，防止數(shù)據(jù)庫損壞所帶來的數(shù)據(jù)丟失［8］,。

　　流體物質數(shù)據(jù)庫開放了數(shù)據(jù)檢索接口，為用戶提供了流體物性數(shù)據(jù)檢索服務,。系統(tǒng)檢索方式包括：關鍵字檢索,、名稱檢索、CAS號檢索以及化學式檢索,。用戶可根據(jù)需要,，切換不同檢索方式。對于數(shù)據(jù)檢索結果頁面,，系統(tǒng)提供了兩種顯示方式：概覽和細覽模式,。概覽模式能顯示所查物質的最常用的屬性；細覽模式能顯示所查物質的所有屬性并顯示其他表中與其相關聯(lián)的內(nèi)容,。流體物質數(shù)據(jù)庫還提供了數(shù)據(jù)下載和打印按鈕,，方便用戶使用相關數(shù)據(jù)。

　　2.3數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

　　為了合理有效地分配和維護流體物性數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的資源,，系統(tǒng)集成了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),。該系統(tǒng)提供了超級管理員、普通管理員和會員3種角色,。超級管理員可以分配普通管理員的相關操作權限,，如流體物質數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)維護的增加,、刪除、更新的操作,。而普通管理員可以根據(jù)不同的普通會員的需求,，分配相關流體物性計算模塊以及數(shù)據(jù)檢索權限。以上這些操作,，管理員可以在任意的計算機上登錄數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進行管理,，而不必要遠程登錄服務器進行管理。

　　2.4流體物性計算系統(tǒng)的實現(xiàn)

　　2.4.1數(shù)據(jù)交互

　　系統(tǒng)提供了豐富的表單元素作為Web訪問接口［9］,，如：文本框,、多選框、單選按鈕,、下拉框等,。在TCP/IP和HTTP傳輸協(xié)議的支持下，通過點擊數(shù)據(jù)提交按鈕,，即可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒掌魃?，服務器?jīng)過一系列數(shù)據(jù)計算后，將數(shù)據(jù)以HTML形式反饋給用戶［1011］,。對于計算量較大的模塊,，系統(tǒng)采用Ajax技術實現(xiàn)了多線程異步技術，緩解了客戶端由于長時間等待計算結果而帶來的卡頓現(xiàn)象［12］,。

　　系統(tǒng)集成了一套基于JavaScript腳本語言開發(fā)的數(shù)據(jù)校驗模塊,。該模塊會隨時監(jiān)控用戶輸入的數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)有錯系統(tǒng)會及時提示給用戶,。校驗模塊是針對客戶端的數(shù)據(jù)驗證,，所以用戶提交數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)只是在本地進行驗證,。這樣的設計不僅可以降低服務器負擔,，還可以提高程序的運行速度，節(jié)省了服務器的運行資源,。

　　2.4.2實現(xiàn)的計算模塊

　　目前已完成的主要計算模塊有：氣液體臨界性質計算,、常壓/高壓下純氣體黏度計算、常壓/高壓下混合氣體黏度計算,、常壓/高壓下純氣體導熱系數(shù)計算,、常壓/高壓下混合氣體導熱系數(shù)計算。進入模塊界面前,，需要先登錄用戶界面（如圖2所示）,，然后通過系統(tǒng)驗證判斷是否有權限訪問。

　　該模塊編碼所需的公式全部來源于文獻，每種物性計算提供了兩種計算方式,。由于模塊中的計算需要大量物性參數(shù),，因此模塊集成了一套參數(shù)智能回填系統(tǒng)。對于數(shù)據(jù)庫存在的流體物質,，用戶只需通過流體選擇界面點擊所要計算的物質。當選中物質后,，系統(tǒng)后臺會自動檢索所選物質的物性參數(shù)（臨界參數(shù),、相對分子質量、偶極矩,、密度等）,，檢索完畢后系統(tǒng)則會將物性數(shù)據(jù)填寫在對應位置。針對某些物性數(shù)據(jù)計算需要基于基團貢獻法,，系統(tǒng)也收集了大量文獻中的基團貢獻值,，并且在相關的計算模塊中提供基團貢獻值查詢界面，方便用戶使用,?？紤]到計算模塊操作的復雜性，系統(tǒng)在不同的計算模塊界面上提供了相關的計算幫助文檔,，用戶可以參考文檔中相關的算例,，正確地使用模塊計算。圖3是計算293 K,、1 bar下,，摩爾分數(shù)為697%甲烷和303%正丁烷混合氣體的黏度，通過系統(tǒng)計算最后得出其黏度為97987,，與實驗數(shù)據(jù)誤差為3%,。

3結論

　　本文對基于Web的流體物性數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的選擇、系統(tǒng)的架構,、資源權限的管理,、數(shù)據(jù)交互、模塊功能實現(xiàn)等方面進行了詳細的闡述,，實現(xiàn)了流體物質數(shù)據(jù)庫檢索,、流體物性數(shù)據(jù)計算以及數(shù)據(jù)下載等功能。該系統(tǒng)具有架構合理,、使用方便,、檢索快捷等優(yōu)點，可廣泛應用于化工,、冶金,、能源等領域，為流程模擬和工藝生產(chǎn)條件優(yōu)化提供可靠的物性數(shù)據(jù)。服務器端采用Java+Tomcat+MySQL開發(fā),，既保證了系統(tǒng)的安全性,，也實現(xiàn)了系統(tǒng)的跨平臺性［13］。

　　隨著研究工作的深入,，基于Web的流體物性數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)功能將得到充實完善,。在不斷擴充系統(tǒng)基礎數(shù)據(jù)以及物性計算模塊的基礎上，逐步實現(xiàn)流體模擬計算,、文獻檢索,、數(shù)據(jù)評估等功能，使其適應廣大工程人員和研究人員的需求,。

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