1

9. ARKUSZE KALKULACYJNE W ENERGETYCE

9.1. Arkusz kalkulacyjny czy pakiet obliczeniowy
9.2. MathCad - cechy
9.3. MathCad - funkcje
9.4. MathCad – funkcje
9.5. Excel
9.6. Excel – programowanie w VBA
9.7. Excel – programowanie w VBA
9.8. Excel – przykład aplikacji. Analiza
pomiarów.
9.9. Excel – przykład aplikacji

2

9.1. Arkusz kalkulacyjny czy pakiet
obliczeniowy

Przyczyny dużej popularności arkuszy kalkulacyjnych wśród inżynierów energetyków:
 procesy energetyczne obejmują dyscypliny, które charakteryzują się wciąż

niedomkniętymi modelami:
mechanika płynów – niepewny opis turbulencji;
spalanie – dla gazów uznane modele tylko dla prostych węglowodorów (CH4) ;
stąd np. brak w pełni wiarygodnych pakietów obliczeniowych 3-D.

 istnieje duża liczba rozwijanych od lat formuł empirycznych (np. wymiany ciepła), które

łatwo można
wykorzystać w arkuszu kalkulacyjnym;

 wykorzystanie pakietów obliczeniowych 3-D do takich zagadnień jak np. przepływ ze

spalaniem
w kotle energetycznym lub pakietów 0-D do symulacji bloku energetycznego jest
niezwykle
skomplikowane i wykonywane raczej w ośrodkach akademickich;

 znaczny koszt licencji komercyjnej popularnych pakietów (np. Fluent)

Nieco inna sytuacja jest w mechanice dysponującej równaniami teorii sprężystości i
algorytmami MES.
Tu szeroko stosowane są pakiety obliczeniowe (np. COSMOS/M)

3

9.2. MathCad - cechy

Główne cechy:



arkusz kalkulacyjny (WYSIWYG)

 w arkuszu można umieszczać:

- tekst,
- równania matematyczne,
- grafikę.

 możliwość korzystania z funkcji:

- wewnętrznych MathCada,
- własnych, zdefiniowanych w
MathCadzie,
- własnych, przygotowanych w C

 procedury rozwiązania układu równań

nieliniowych

 biblioteka funkcji na własności wody i

gazów
w pliku „thmcad2008v1.dll”

http://fluid.itcmp.pwr.wroc.pl/~zmodl/

Przykład 1

Oblicz moc cieplną grzejnika pokojowego dla danych:

strumień wody:

D

0.05kg sek

1





parametry wlotowe:

t1 65 °C



p1 0.3MPa



parametry wylotowe:

t2 55 °C



p2 0.3MPa



Rozwiązanie:

Q

D i1 i2







=

Q

D h_tp t1 p1







h_tp t2 p2













2.09kW





9.3. MathCad - funkcje

4

 Funkcje własne w

MathCadzie
- hermetyzacja kodu

Ar 20.5



Wr 10



Cr 54.2



Hr 3.8



Or 10.04



Nr 1



Sr 0.46



aun 0.90



dash 10



V0 0.0889 Cr 0.375Sr











0.265Hr





0.0333Or





5.506





VO2



( )



1



(

) 0.21



V0





VN2



( )

0.79



 V0



0.008Nr







VCO2



( )

0.01 Cr 0.375Sr











1.866





VH2O



( )

0.111Hr



0.0124Wr





0.0161



 V0







Vsp



( )

VN2



( )

VH2O



( )



VCO2



( )



VO2



( )





rH2O



( )

VH2O



( )

Vsp



( )



rCO2



( )

VCO2



( )

Vsp



( )





ash



( )

0.01Ar

 aun



1 0.01Ar





1.306



 V0









sp

 

 s

 dash









sp

1.3







T



273





r

rH2O



( )

rCO2



( )





kgas

0.78 1.6rH2O



( )





r s



0.1















1 0.37

T

1000















r





kash

4300



sp





ash



( )



3

T2 dash

2





1 exp

kgas kash









s











600

800

1 10

3



1.2 10

3



1.4 10

3



0.5

0.6

0.7

0.8

0.9



sp



1.1



4.5



15









9.4. MathCad - funkcje

5

 rozwiązywanie układu równań nieliniowych

Given
f(x,y) = 0
g(x,y) = 0
(x,y)=Find(x,y)

 metoda Levenberg-Marquardt

Conjugate-Gradient
Quasi-Newton

 własna metoda iteracyjna,

współczynniki relaksacji

 rozwiązywanie równań różniczkowych zwyczajnych

6

9.5. Excel

 Dodatek (biblioteka funkcji własnych): ThExcel4.xla ( Excel 2003) , ThExcel5.xlam

(Excel 2007)

 Instalacja dodatku.

Umieścić bibliotekę w podkatalogu

C:\Documents and Settings \zm\Dane Aplikacji\Microsoft\Dodatki

lub

C:\Program Files\Microsoft Office\Office12\Library\

Aktywować przy pomocy:

Przycisk Office → Opcje Programu Excel → Dodatki → Przejdź → ThExcel5

⍌

 Po aktywacji bibliotek funkcje (np. h_tp(t,p) ) są dostępne z poziomu arkusza
 Złożone zagadnienia obliczeniowe lepiej zakodować w VBA (Visual Basic for

Applications),
który jest składnikiem Excel’a.
Dana aplikacja (w naszym przypadku Excel) jest środowiskiem uruchomieniowym dla
Basic’a.
Kod programu napisanego w VBA zawsze zawarty jest w dokumencie utworzonym w
Excelu.
VBA nie pozwala na tworzenie samodzielnych skompilowanych aplikacji typu EXE.

 VBA pozwala w wielu przypadkach napisać aplikację nie ustępującą pod względem

funkcjonalności
programom napisanym przy pomocy takich narzędzi jak Delphi czy C++Builder.

7

9.6. Excel – programowanie w VBA

 Napisać aplikację w VBA obliczającą entalpię wody dla danych: t [

o

C] i p [Mpa]

Wykorzystać funkcję biblioteczną h_tp(t,p)

1. Upewnij się czy jest widoczna karta

Deweloper

na wstążce.

2. Jeśli nie -

Przycisk Office → Opcje Programu Excel → Popularne → Pokaż kartę Deweloper na Wstążce

⍌

3. Na arkuszu wstaw tekst „temp1”, „press1”, „enth1” .
4. W komórkach z prawej zdefiniuj nazwy (najlepiej takie same jak tekst obok)

– wykorzystaj do tego przycisk na karcie

Formuły.

Operowanie nazwą komórki zamiast jej adresu jest wygodniejsze przy pisaniu kodu

5. Załącz tryb projektowania i wstaw na arkusz przycisk (formant ActiveX)
6. Wywołaj edytor VBA do napisania procedury, która zostanie wykonana po naciśnięciu

przycisku.

wstawianie
formantu AciveX

karta
„Deweloper”

przycisk

komórki
danych

komórki
tekstowe

wstążk
a

komórki wyników

wywołanie
edytora
VBA

edytor
VBA

8

9.7. Excel – programowanie w VBA

1. W edytorze VBA utwórz moduł, Insert → Module
2. Wypełnij moduł procedurą o nazwie np. MainProc().
3. Opis procedury

Option Explicit

- obowiązkowe deklarowanie zmiennych,

Option Base 1

- indeksowanie tablic zaczyna się od 1

Public Sub MainProc()

- nagłówek funkcji – będziedostępna w innych modułach

Dim …

- deklaracje zmiennych

. . .
temp1 = Worksheets("Arkusz1").Range("temp1").Value -
odczytanie wartosci z komórki o nazwie „temp1”
znajdującej się na arkuszu o nazwie „Arkusz1”
. . .
enth1 = h_tp(temp1,press1)
obliczenie entalpii przy pomocy funkcji bibliotecznej
. . .
Worksheets("Arkusz1").Range("temp1").Value = enth1 –
zapisanie wartosci w komórce o nazwie „temp1”
znajdującej się na arkuszu o nazwie „Arkusz1”

4. Należy utworzyć odwołanie do dodatku w którym są funkcje

biblioteczne:

Tools → References… → ThExcel5

⍌

.

5. Jak wywołać funkcję MainProc po naciśnięciu przycisku

wstawionego na arkusz z listy formantów:

- aktywny tryb projektowania
- wykonujemy doubleclick na przycisku – edytor tworzy automatycznie zręby
procedury CommandButton1_Click() (technologia rapid application
development)

6. wpisujemy wywołanie

Call MainProc

9.8. Excel – przykład aplikacji.
Analiza pomiarów

9

9.9. Excel – przykład aplikacji

10