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計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的應(yīng)用范文第1篇

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)軟件 模擬技術(shù) 應(yīng)用問(wèn)題

1 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)概述

1.1 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)探索階段

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)所針對(duì)的是計(jì)算機(jī)中重要的組成部分――CPU而開(kāi)發(fā)的。在上世紀(jì)八十年代，計(jì)算機(jī)并沒(méi)有得到普及，當(dāng)時(shí)所使用的技術(shù)是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，這種技術(shù)可以在執(zhí)行海量的計(jì)算機(jī)操作之后，依照所收集到的數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)CPU進(jìn)行檢測(cè)與分析。在隨后的時(shí)間里，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)在一些創(chuàng)新型分析技術(shù)的影響下得到了巨大的進(jìn)步，在計(jì)算機(jī)行業(yè)中被稱(chēng)為性能分析模式技術(shù)。這種新型的分析技術(shù)，在CPU的研發(fā)中得到了廣泛的使用，并且在很大程度上降低了開(kāi)發(fā)的時(shí)間、成本以及投資的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)研發(fā)階段

隨著計(jì)算機(jī)水平的不斷提高，技術(shù)工作人員通過(guò)前面的探索工作，整理出來(lái)了一套全新的軟件研發(fā)技術(shù)。這套技術(shù)能夠通過(guò)性能分析模式，有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的改良，改良后的系統(tǒng)可以在CPU中正常地運(yùn)用軟件模擬技術(shù)。這樣的軟件模擬技術(shù)能夠讓計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，不僅實(shí)現(xiàn)了性能分析技術(shù)的應(yīng)用，同時(shí)還可以有效地控制系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，在很大程度上降低了研發(fā)的成本。研究成本降低，研究風(fēng)險(xiǎn)也就相應(yīng)地得到了減小。由于現(xiàn)在的軟件研發(fā)越來(lái)越看重用戶(hù)體驗(yàn)，在研究階段將考慮重點(diǎn)放在技術(shù)受用人群以及技術(shù)的實(shí)用性上。

2 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)應(yīng)用問(wèn)題分析

2.1 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件簡(jiǎn)介

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)模擬技術(shù)的出現(xiàn)，可以通過(guò)其技術(shù)的靈活性與兼容性，在不同等級(jí)的計(jì)算機(jī)中進(jìn)行模擬運(yùn)行。除此之外，還可以依照用戶(hù)需求來(lái)制定出相應(yīng)的模擬系數(shù)，可以由用戶(hù)來(lái)設(shè)置不同難度等級(jí)的模擬系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)模擬技術(shù)結(jié)合了傳統(tǒng)的CPU性能分析預(yù)測(cè)，通過(guò)利用其分析技術(shù)所得出的平均值來(lái)提高對(duì)計(jì)算機(jī)體系的動(dòng)態(tài)信息收集以及分析，可以有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)體系的規(guī)律進(jìn)行整理與分析，然后由技術(shù)人員對(duì)所收集整理的動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行區(qū)分，把整個(gè)過(guò)程劃分為初始化運(yùn)行、穩(wěn)定運(yùn)行以及運(yùn)行終值。這項(xiàng)技術(shù)在后續(xù)得到了高速的發(fā)展，很快就成為了分析技術(shù)的主流。

2.2 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)模擬技術(shù)應(yīng)用問(wèn)題

現(xiàn)行的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)模擬技術(shù)是以傳統(tǒng)的性能分析技術(shù)為基礎(chǔ)而發(fā)展的。在一定程度上模擬技術(shù)傳承了之前技術(shù)的一些優(yōu)點(diǎn)，突出了一些技術(shù)特有的優(yōu)勢(shì)，但是在某些層面上還存在著一些問(wèn)題。首先，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)模擬器的研發(fā)，就當(dāng)前的技術(shù)而言，開(kāi)發(fā)時(shí)間以及投入資金都存在有一定的難度。其次，模擬技術(shù)的投入使用，在一定程度上縮減了模擬時(shí)間，但還是不能更好地滿(mǎn)足實(shí)際要求，還有一定的改進(jìn)空間，以此來(lái)提升處理器的研發(fā)效率，在很大程度上可以降低開(kāi)發(fā)的投入成本與開(kāi)發(fā)周期。最后，雖然經(jīng)過(guò)近幾年的發(fā)展，模擬結(jié)果雖然已經(jīng)達(dá)到了一定的精度，與之前傳統(tǒng)的分析結(jié)果模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，有了較大程度的提高，但是同樣與實(shí)際需求有一定的出入，不能單純地依靠模擬器自身來(lái)實(shí)現(xiàn)輔助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，需要結(jié)合一些其它方式來(lái)配合完成。

2.3 解決計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)應(yīng)用問(wèn)題的方法

第一，軟件模擬技術(shù)中模擬時(shí)間較長(zhǎng)的問(wèn)題，可以通過(guò)刪減測(cè)試程序的參考輸入?yún)?shù)來(lái)解決。把一些沒(méi)有必要的參數(shù)以及一些作用不大的指令集進(jìn)行刪除，這樣可以在很大程度上降低模擬運(yùn)行的時(shí)間。通過(guò)這種刪減法，可以把一些必要的以及在測(cè)試中標(biāo)準(zhǔn)的程序指令保留下來(lái)，利用參數(shù)集的輸入數(shù)可以有效地進(jìn)行控制，并且能夠縮短模擬時(shí)間。采用這種模擬技術(shù)，所獲取到的模擬結(jié)果的精準(zhǔn)度能夠得到保證，還具有了縮短模擬時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)。

第二，計(jì)算機(jī)模擬主要包括了收集數(shù)據(jù)、整理數(shù)據(jù)、構(gòu)造模擬數(shù)據(jù)、編寫(xiě)數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，最后還包括了軟件運(yùn)行和分析結(jié)果（如圖1所示）。

數(shù)據(jù)收集主要是對(duì)多個(gè)原始評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，數(shù)據(jù)整理是指依據(jù)收集到的數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)整體分布情況進(jìn)行判斷。判斷整體的分布包括了兩步，第一步：依據(jù)數(shù)值對(duì)整體可能的分布進(jìn)行大致了解，第二步：進(jìn)行分布函數(shù)的擬合檢驗(yàn)。直方圖法是概率密度的近似求法，直方圖以及概率分布在識(shí)別一個(gè)分布的形狀時(shí)發(fā)揮著較大的作用。

隨機(jī)變量生成公式的構(gòu)建必須依靠判斷出的數(shù)據(jù)分布概率密度概述，依照公式形成對(duì)應(yīng)分步的隨機(jī)變量。比如

是正態(tài)分布隨機(jī)變量產(chǎn)生的模擬模型。為了實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬，應(yīng)當(dāng)通過(guò)計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言對(duì)數(shù)學(xué)邏輯模型進(jìn)行調(diào)整，使其成為計(jì)算機(jī)程序模型。通過(guò)調(diào)試性模擬對(duì)數(shù)學(xué)邏輯模型的正確性進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)而對(duì)模型進(jìn)行修改，對(duì)計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行調(diào)整。

3 結(jié)束語(yǔ)

人們對(duì)于計(jì)算機(jī)性能的需求越來(lái)越高，雖然計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)在一定程度上還無(wú)法滿(mǎn)足于實(shí)際的要求，但是，這也算是一種技術(shù)的革新與進(jìn)步的表現(xiàn)。相信經(jīng)過(guò)技術(shù)人員的不斷研究，計(jì)算機(jī)軟件模擬技術(shù)能夠發(fā)揮出其巨大的作用，有效地降低開(kāi)發(fā)周期以及投放成本。

參考文獻(xiàn)

[1]高向玉，黃振.計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)探索[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2014，（24）.

作者簡(jiǎn)介

牛興霞（1981-），女，河北省唐山市人。研究生學(xué)歷?，F(xiàn)為唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，主要從事計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究工作。

計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的應(yīng)用范文第2篇

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；技術(shù)；港口；設(shè)計(jì)；應(yīng)用；模擬；

Abstract: With the social development and progress, increasing emphasis on computer simulation technology, computer simulation technology in port engineering design is of great significance. This paper describes the computer simulation technology in port engineering design applications.

Keywords：computer; technology; port; design; application; simulation;

中圖分類(lèi)號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

引言

模擬是以影響系統(tǒng)行為的主要元素及其相互關(guān)系來(lái)建立系統(tǒng)模型，研究和運(yùn)行模型從而對(duì)系統(tǒng)的行為做出可靠預(yù)測(cè)的模型化方法。對(duì)于簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，可以建立具有解析解的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行模擬研究；而具有多個(gè)相互關(guān)聯(lián)隨機(jī)變量或動(dòng)態(tài)行為非常復(fù)雜的系統(tǒng)，往往難以或不可能建立這樣的模型。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在50年代初，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)開(kāi)始被用來(lái)建立這類(lèi)系統(tǒng)的模擬模型。目前，在發(fā)達(dá)國(guó)家，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)已經(jīng)成為廣泛使用的為系統(tǒng)提供決策信息的有效手段之一。

1、模擬技術(shù)簡(jiǎn)介

模擬(simulation)也稱(chēng)作仿真，傳統(tǒng)意義上的模擬包括連續(xù)型模擬和離散型模擬2類(lèi)，本文中的“模擬”專(zhuān)指離散型模擬(discrete event simulation)。近年來(lái)模擬技術(shù)在國(guó)外的應(yīng)用涉及工業(yè)、商業(yè)、交通運(yùn)輸、軍事等諸多領(lǐng)域。被用于系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、診斷評(píng)估和預(yù)測(cè)等各個(gè)方面。模擬技術(shù)研究的是“系統(tǒng)”，其通常具有復(fù)雜性(構(gòu)成元素多且動(dòng)態(tài)聯(lián)系復(fù)雜)、隨機(jī)性(系統(tǒng)中包括大量隨機(jī)因素)和不可試驗(yàn)性(在設(shè)計(jì)階段不可能通過(guò)物理模型進(jìn)行試驗(yàn)研究)等特點(diǎn)。在應(yīng)用模擬技術(shù)對(duì)某個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行研究時(shí)，大致可概括為以下步驟：

1)系統(tǒng)分析。對(duì)構(gòu)成系統(tǒng)的每個(gè)元素進(jìn)行數(shù)學(xué)規(guī)律上的描述及系統(tǒng)規(guī)則的定量化；

2)模型構(gòu)造，基于系統(tǒng)分析結(jié)果提出概念模型。并利用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言將其轉(zhuǎn)變?yōu)榉抡婺M模型；

3)模擬試驗(yàn)．仿真模擬模型一般需要通過(guò)多次試驗(yàn)的對(duì)比來(lái)尋求問(wèn)題的最佳答案．可結(jié)合求最小綜合成本的方法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化．當(dāng)計(jì)算成本有困難時(shí)．也可通過(guò)直接考察系統(tǒng)的運(yùn)行效果來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的比選。

建立模擬模型時(shí)所需的輔助支撐軟件包括：用于復(fù)雜編程的一般高級(jí)語(yǔ)言。如VC、VB等；用于簡(jiǎn)單編程的專(zhuān)用語(yǔ)言，如GPSS、SIMAN等；無(wú)需編程的可視化建模技術(shù)。如Arena等。從表現(xiàn)形式上可分為數(shù)值模擬和動(dòng)畫(huà)模擬．動(dòng)畫(huà)模擬又可分為二維動(dòng)畫(huà)和三維動(dòng)畫(huà)。與普通動(dòng)畫(huà)軟件(如3DS)不同。其顯示畫(huà)面由仿真模擬模型驅(qū)動(dòng)．隨系統(tǒng)中各構(gòu)成單元狀態(tài)的變化而改變，形成動(dòng)畫(huà)的效果。

2、港口碼頭系統(tǒng)計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的應(yīng)用要求及開(kāi)發(fā)語(yǔ)言

反映實(shí)際系統(tǒng)內(nèi)部的邏輯和數(shù)量關(guān)系，通過(guò)操作或改變這些關(guān)系，可以得到確定的運(yùn)算結(jié)果的數(shù)學(xué)關(guān)系，即是通常意義上的數(shù)學(xué)模型。通常所說(shuō)的系統(tǒng)模擬模型有別于這類(lèi)模型，其具有一個(gè)或多個(gè)與時(shí)間相關(guān)或者隨機(jī)變化的變量，給出的結(jié)果具有一定的隨機(jī)性，只是模型所代表的實(shí)際系統(tǒng)的真實(shí)特性的近似反映。港口碼頭系統(tǒng)計(jì)算機(jī)模擬就是，要在綜合考慮影響港口運(yùn)作的隨機(jī)性因素和動(dòng)態(tài)變化的因素的基礎(chǔ)上，建立反映港口內(nèi)部實(shí)際操作和管理規(guī)則的邏輯和數(shù)量關(guān)系的模型，在模型上進(jìn)行有關(guān)試驗(yàn)，以研究港口的有關(guān)問(wèn)顧。

2.1用戶(hù)與用戶(hù)要求

一般說(shuō)來(lái)，港口碼頭系統(tǒng)模擬模型有兩類(lèi)用戶(hù)，一類(lèi)是港口碼頭的設(shè)計(jì)規(guī)劃和營(yíng)運(yùn)管理人員；另一類(lèi)是港口碼頭集疏運(yùn)工具所有者為代表的港口碼頭客戶(hù)。設(shè)計(jì)規(guī)劃人員利用模擬模型對(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)進(jìn)行研究，以合理配置各有關(guān)系統(tǒng)元件，選定各有關(guān)要素的值，使系統(tǒng)各部分完全協(xié)調(diào)和整體效益充分發(fā)揮，并確認(rèn)系統(tǒng)的性能。營(yíng)運(yùn)管理人員可利用模擬模型做以下幾方面的工作：對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行分析，剖析系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程，分析運(yùn)行過(guò)程的合理性，找出系統(tǒng)的“瓶頸”所在，為優(yōu)化系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)提供依據(jù)；可作為預(yù)測(cè)器，在系統(tǒng)運(yùn)行前，向港口碼頭客戶(hù)提供系統(tǒng)運(yùn)行后關(guān)于系統(tǒng)服務(wù)水平和可能產(chǎn)生的現(xiàn)象的有關(guān)信息，以便用戶(hù)修訂計(jì)劃或決策；可作為觀(guān)測(cè)器，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，向港口碼頭系統(tǒng)客戶(hù)提供有關(guān)系統(tǒng)過(guò)去、現(xiàn)在或未來(lái)的運(yùn)行信息，以便港口碼頭系統(tǒng)客戶(hù)能夠?qū)崟r(shí)作出正確的決策:可作為訓(xùn)練器，訓(xùn)練管理決策能力。對(duì)港口碼頭系統(tǒng)而言，設(shè)計(jì)規(guī)劃、營(yíng)運(yùn)管理人員關(guān)心的是以系統(tǒng)效益的最佳發(fā)揮作為決策依據(jù)，設(shè)計(jì)規(guī)劃人員進(jìn)行多方案比較時(shí)，關(guān)心的是圖1所示盈虧平衡點(diǎn)A；營(yíng)運(yùn)管理人員關(guān)心的是圖2所示的最佳港口吞吐量位置B；港口碼頭系統(tǒng)客戶(hù)關(guān)心的是以集疏運(yùn)工具在港時(shí)間為主要衡量標(biāo)準(zhǔn)的港口服務(wù)水平。

2.2模擬支撐語(yǔ)言

綜觀(guān)計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的發(fā)展歷史，它所依賴(lài)的理論基礎(chǔ)并沒(méi)有多大的發(fā)展和變化，主要是建立計(jì)算機(jī)模擬模型的工具和手段的發(fā)展變化推動(dòng)著計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的應(yīng)用和普及。建立計(jì)算機(jī)模擬模型的重要工具是計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，據(jù)統(tǒng)計(jì)，1982年以前的一段時(shí)期，所有模擬模型都以通用語(yǔ)言FORTRAN和專(zhuān)用模擬語(yǔ)言GPSS完成。1982年以后，出現(xiàn)了許多新的計(jì)算機(jī)模擬語(yǔ)言，而且可視化交互模擬技術(shù)應(yīng)用漸漸廣泛。與通用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相比較，計(jì)算機(jī)模擬專(zhuān)用語(yǔ)言提供了大部分建立模擬模型所需要的手段，如隨機(jī)數(shù)發(fā)生、模擬時(shí)間推進(jìn)、從事件表中確定下一個(gè)事件并將其置于合適的程序模塊控制之下等；更自然的描述模型的方法；運(yùn)行過(guò)程中的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)配置功能；程序的可讀性進(jìn)一步加強(qiáng)?？梢暬换ツM技術(shù)應(yīng)用使得開(kāi)發(fā)動(dòng)畫(huà)模擬模型成為可能。

據(jù)近年有關(guān)統(tǒng)計(jì)，共有54種完全商業(yè)化的計(jì)算機(jī)模擬專(zhuān)用語(yǔ)言，其中的37種具有程度不同的動(dòng)畫(huà)模擬功能。表1列出了適用于交通系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模擬語(yǔ)言的有關(guān)情況(其中AUDTION目前還沒(méi)有完全商業(yè)化)，表中Y表示具有該項(xiàng)功能，N表示不具有該項(xiàng)功能。

AUDITION是一個(gè)具有動(dòng)畫(huà)和基于對(duì)象等特點(diǎn)的模擬專(zhuān)用語(yǔ)言系統(tǒng)。該系統(tǒng)由加拿大的KMA技術(shù)公司于80年代初開(kāi)發(fā)，后經(jīng)交通工程部長(zhǎng)期應(yīng)用和改造，現(xiàn)已成為一個(gè)可以比較方便地應(yīng)用來(lái)開(kāi)發(fā)交通系統(tǒng)動(dòng)畫(huà)模擬模型的支撐語(yǔ)言工具。因?yàn)锳UDITION具有基于對(duì)象的特點(diǎn)，利用AUDITION開(kāi)發(fā)模擬模型時(shí)，可以將被模擬系統(tǒng)劃分為彼此相互獨(dú)立的一系列的對(duì)象分別進(jìn)行處理。這除了使得對(duì)系統(tǒng)的描述更加自然外，還使得模型易于按用戶(hù)要求擴(kuò)展、修改；復(fù)雜模型的開(kāi)發(fā)周期縮短；模型對(duì)象的移動(dòng)、增刪和移植變得極其方便；程序更具可讀性。此外，這一技術(shù)更使得開(kāi)發(fā)適應(yīng)一類(lèi)系統(tǒng)的通用計(jì)算機(jī)模擬模型成為可能。加拿大Sandwell Inc.利用AUDITION開(kāi)發(fā)的有關(guān)港口碼頭系統(tǒng)模擬模型列于表2。

計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的應(yīng)用范文第3篇

關(guān)鍵詞：數(shù)值模擬 礦井涌水量 水文地質(zhì) 陜北礦區(qū)

中圖分類(lèi)號(hào)：P641.4

一、 前 言

陜北礦區(qū)煤層賦存穩(wěn)定，地質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，充水水源包括地表水、松散含水層水、基巖含水層水和采空區(qū)積水等。陜北礦區(qū)大多礦井的主要水害威脅來(lái)自基巖風(fēng)氧化裂隙水，其補(bǔ)給條件較為復(fù)雜，補(bǔ)給源豐富、寬泛，大多無(wú)法采取常規(guī)的堵、截等措施，只能采取強(qiáng)行疏排的方式。為了有效指導(dǎo)礦井疏排工作，確保煤礦安全生產(chǎn)，杜絕由于排水能力不夠引發(fā)水害事故的發(fā)生，就需要對(duì)主要含水層的水文地質(zhì)條件進(jìn)行進(jìn)一步分析，盡量準(zhǔn)備的計(jì)算礦機(jī)開(kāi)采過(guò)程中的礦井涌水量，從而使礦井排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)更加充分、科學(xué)。

二、 數(shù)學(xué)模型與數(shù)值方法

采用國(guó)際上先進(jìn)的三維有限差分軟件Visual MODFLOW來(lái)模擬陜北某煤礦S1210工作面放水試驗(yàn)過(guò)程（放水I、II、III、 IV及水位恢復(fù)階段）地下水系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化，通過(guò)放水試驗(yàn)成果進(jìn)一步校正模型，進(jìn)而以校正模型為基礎(chǔ)預(yù)測(cè)地下水流場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)與涌水量計(jì)算預(yù)測(cè)，分析礦井水文地質(zhì)條件和水害問(wèn)題。

1、三維流數(shù)學(xué)模型

根據(jù)地下水流動(dòng)的水文地質(zhì)概念模型，區(qū)內(nèi)放水試驗(yàn)過(guò)程中含水系統(tǒng)地下水流動(dòng)的三維非穩(wěn)定流數(shù)學(xué)模型可描述如下：

邊界條件：

式中， x，y，z為笛卡爾坐標(biāo)軸；t為時(shí)間；H0為初始統(tǒng)測(cè)水頭，H為已知水頭；Kxx為坐標(biāo)軸方向的主滲透系數(shù)；？s為比彈性給水度；？d為重力給水度；W為單位體積井流量，抽水時(shí)取負(fù)號(hào)；Γ1為第一類(lèi)邊界；Γ2-1為潛水面邊界；Γ2-2為零流量邊界；ε’為降雨入滲補(bǔ)給量。

2、 數(shù)值方法

有限差分方法（FDM）是計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬最早采用的方法，至今仍被廣泛運(yùn)用。該方法將求解域劃分為差分網(wǎng)格，用有限個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)代替連續(xù)的求解域。有限差分法以Taylor級(jí)數(shù)展開(kāi)等方法，用網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上的函數(shù)值的差商代替控制方程中的導(dǎo)數(shù)進(jìn)行離散，從而建立以網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上的值為未知數(shù)的代數(shù)方程組?；谫|(zhì)量守恒（水流連續(xù)性方程）與滲流基本定律（達(dá)西定律）的有限差分與有限元技術(shù)的數(shù)學(xué)微分方程（數(shù)學(xué)模型）表達(dá)式相同。

有限差分方法的基本思想是：用滲流區(qū)內(nèi)的有限個(gè)離散點(diǎn)的集合代替連續(xù)的滲流區(qū)，在離散點(diǎn)上用差商近似代替微商，將微分方程及其定解條件化為未知函數(shù)在離散點(diǎn)上的近似值為未知量的代數(shù)方程，然后求解差分方程，進(jìn)而得到微分方程的解在離散點(diǎn)上的近似值。該方法是根據(jù)地下水流動(dòng)的連續(xù)性方程進(jìn)行的，按照連續(xù)性方程，流入和流出某個(gè)計(jì)算單元的水量之差等于該單元儲(chǔ)水量的變化。

地下水連續(xù)性方程可表示為：

式中：――單位時(shí)間內(nèi)流進(jìn)或流出該計(jì)算單元的水量；

SS――含水層的貯水率；

――計(jì)算單元的體積；

――單位時(shí)間內(nèi)水頭的變化。

將滲流區(qū)進(jìn)行剖分離散后，可以確定計(jì)算單元，根據(jù)連續(xù)性方程及達(dá)西公式：

可以得到在行方向上由計(jì)算單元（i，j-1，k）流入單元（i，j，k）的流量，表達(dá)為：

式中：――水頭在格點(diǎn)（i，j，k）處的值；

――水頭在格點(diǎn)（i，j-1，k）的值；

――通過(guò)格點(diǎn)（i，j，k）和格點(diǎn)（i，j-1，k）之間界面的流量（L3 T-1）；

―― 格點(diǎn)（i，j，k）和格點(diǎn)（i，j-1，k）之間的滲透系數(shù)（LT-1）；

―― 橫斷面面積（L2）；

――格點(diǎn)（i，j，k）和格點(diǎn)（i，j-1，k）之間的距離（L）。

通過(guò)其他五個(gè)界面的地下水流量，均可類(lèi)推，例如，沿行方向的格點(diǎn)（i，j+1，k）至格點(diǎn)（i，j，k）的地下水流量為

同理，可依次得出：

以上公式表示了通過(guò)計(jì)算單元（i，j，k）的六個(gè)界面的地下水流量，將格點(diǎn)間距和滲透系數(shù)合并為一個(gè)變量，成為水力傳導(dǎo)系數(shù)：

將水力傳導(dǎo)系數(shù)（12）應(yīng)用于公式（6）～（11）得到：

這些公式用來(lái)計(jì)算單元（i，j，k）的六個(gè)邊界面流入的地下水流量，此外，還需要考慮其他各種外部源和匯對(duì)計(jì)算單元的影響，例如河流，溝渠，生產(chǎn)井，注水井，蒸發(fā)蒸騰等，這些源匯流入單元的量可用一個(gè)通式表達(dá)：

式中： ―― 第n項(xiàng)外部源對(duì)計(jì)算單元（i，j，k）的補(bǔ)給量（L3 T-1）；

，――常數(shù)。單位為（L2 T-1），（L3 T-1）。

考慮計(jì)算單元的六個(gè)相鄰的格點(diǎn)以及該單元中所包含的所有源匯項(xiàng)，可將連續(xù)性方程公式（4）表示為：

式中：―水頭對(duì)于時(shí)間的偏導(dǎo)數(shù)之差分近似表達(dá)式；―計(jì)算單元的貯水率（L-1）；

――計(jì)算單元的體積（L3）。

將公式（13）～（18）以及（19）代入（20）：

將水頭對(duì)時(shí)間的偏導(dǎo)數(shù)用差商近似表示：

則所有流量項(xiàng)均以某一時(shí)間段的結(jié)束時(shí)間tm為準(zhǔn)，則（21）變?yōu)椋?/p>

對(duì)以上方程進(jìn)行迭代求解，開(kāi)始時(shí)，對(duì)每個(gè)水頭未知的計(jì)算單元賦給初始水頭或者估計(jì)水頭，每次迭代的結(jié)果，用于下一次的計(jì)算。

根據(jù)差分方程，可以寫(xiě)出方程組得矩陣形式：

式中：[A]――水頭的系數(shù)矩陣；{h}――所求水頭矩陣；

[q]――各個(gè)方程的中包含的所有常數(shù)項(xiàng)和已知項(xiàng)。

在MODFLOW中，系數(shù)矩陣和右側(cè)項(xiàng)是通過(guò)各個(gè)軟件包逐步建立起來(lái)的，最后MODFLOW根據(jù)這兩個(gè)矩陣，通過(guò)迭代對(duì){h}進(jìn)行求解。

通過(guò)資料分析和本次水位實(shí)測(cè)， S1210工作面砂巖裂隙含水層水主徑流方向?yàn)椋河晌髦翓|，南北兩側(cè)基本均為排泄邊界。因此，根據(jù)對(duì)礦井充水條件的分析，綜合本次放水試驗(yàn)成果認(rèn)識(shí)，定義模擬區(qū)北部以可可烏素河為界定義為一類(lèi)河流邊界（根據(jù)實(shí)際河流地表水體的標(biāo)高），南部以蘆草溝為界定義為一類(lèi)河流邊界，東西兩側(cè)根據(jù)本次放水試驗(yàn)周邊水文水位標(biāo)高實(shí)測(cè)與動(dòng)態(tài)信息（水位穩(wěn)定，變幅?。x距離模擬區(qū)邊界300～500m處為定義為人為水頭邊界（在模擬區(qū)內(nèi)無(wú)自然邊界或者已知流量邊界時(shí)，一般在邊界外主徑流方向上選取3～5倍的含水層厚度的距離，定義為水頭邊界，可以較好的降低邊界條件對(duì)模擬區(qū)流場(chǎng)的干擾）；其它未定義邊界類(lèi)型區(qū)段均為零通量邊界。模型的頂部以保德組紅土為界及下部以2-2煤層底板由于均存在穩(wěn)定的相對(duì)隔水層，故處理為零通量邊界。

3、 模型分層與剖分

通過(guò)充分收集井田南翼各時(shí)期施工的入2-2煤的150個(gè)地質(zhì)鉆孔信息，將研究區(qū)含水層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三維剖分分層，采用矩形六面體（上、下兩平面不一定平行）剖分，在垂向上對(duì)應(yīng)于（自上而下）含水層巖性的變化把砂巖裂隙含水層與2-2煤之間垂向上共剖分了三個(gè)單元層，四個(gè)結(jié)點(diǎn)層。第一層：直羅組含水層，為本次主要模擬計(jì)算層位，第二層：延安組含水層，為砂巖裂隙裂隙相對(duì)較弱的含水層。第三層：2-2煤層，為相對(duì)弱的含水層。在資料缺乏區(qū)或一些鉆孔中某些地質(zhì)單元層缺失的地區(qū)，為了自動(dòng)剖分與結(jié)點(diǎn)單元編號(hào)的連續(xù)性，進(jìn)行差值剖分，圖8.3是根據(jù)模擬區(qū)內(nèi)各鉆孔資料進(jìn)行分層，繪制保德組隔水層底板標(biāo)高等值線(xiàn)圖并導(dǎo)入模型分層，作為模型的第一層的上邊界，繪制直羅組底板標(biāo)高等值線(xiàn)圖并導(dǎo)入模型分層，作為模型的第一層的下邊界，較好的控制了直羅組含水層的空間結(jié)構(gòu)特征，以此統(tǒng)計(jì)繪制各地質(zhì)地層標(biāo)高信息導(dǎo)入模型，構(gòu)建模擬區(qū)的三維地質(zhì)模型（圖2-1）。

在平面上剖分結(jié)點(diǎn)400*500個(gè)。整個(gè)模型共計(jì)剖分單元80萬(wàn)個(gè)。如圖2-2所示：在S1210工作面內(nèi)各放水孔及水位觀(guān)測(cè)孔位置，為了提高計(jì)算精度，以實(shí)際的孔位為基礎(chǔ)，進(jìn)一步增加結(jié)點(diǎn)，進(jìn)行加密剖分，以提高計(jì)算精度。

4、參數(shù)及分區(qū)

模型在垂向上根據(jù)地質(zhì)巖性結(jié)構(gòu)特征劃分了3個(gè)對(duì)應(yīng)的參數(shù)分區(qū)，分別為直羅組、延安組、煤層三個(gè)地質(zhì)分層。平面上，根據(jù)收集到井田南翼30個(gè)水文地質(zhì)鉆孔資料的水文地質(zhì)參數(shù)信息在平面上根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料繪制滲透系數(shù)等值線(xiàn)圖（圖2-3），將滲透系數(shù)通過(guò)插值計(jì)算導(dǎo)入模型，作為模型的計(jì)算預(yù)賦值，其后再根據(jù)直羅組含水層地層對(duì)接關(guān)系、巖性分布特征，帷幕注漿區(qū)段和地下水補(bǔ)給、徑流、排泄等，將放水試驗(yàn)周邊分為14個(gè)水文地質(zhì)參數(shù)分區(qū)（圖2-4）。通過(guò)本次放水試驗(yàn)數(shù)據(jù)反演得出研究區(qū)的水文地質(zhì)參數(shù)。

5、 模型的運(yùn)行

模型運(yùn)行即為模型核心計(jì)算過(guò)程，分為穩(wěn)定流模擬與非穩(wěn)定流模擬。穩(wěn)定流主要進(jìn)行現(xiàn)狀的模擬計(jì)算，非穩(wěn)定流主要模擬地下水水位時(shí)空動(dòng)態(tài)特征，該試驗(yàn)為非穩(wěn)定放水過(guò)程，故對(duì)整個(gè)放水試驗(yàn)以小時(shí)為時(shí)間步長(zhǎng)進(jìn)行非穩(wěn)定流模擬，而在預(yù)測(cè)礦井涌水量時(shí)，以水平標(biāo)高（以地段直羅組含水層底板標(biāo)高水平）為水頭約束條件，進(jìn)行流場(chǎng)的穩(wěn)定流模擬，達(dá)到對(duì)涌水量預(yù)測(cè)。

經(jīng)過(guò)反復(fù)計(jì)算調(diào)參，反演得出試驗(yàn)區(qū)砂巖裂隙含水層主要計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)，14個(gè)計(jì)算滲透系數(shù)分區(qū)參數(shù)如下表2.1所示：

三 、三維有限差分流場(chǎng)模擬及涌水量計(jì)算

1放水試驗(yàn)流場(chǎng)模擬

通過(guò)模型的識(shí)別與校正，對(duì)區(qū)內(nèi)的各項(xiàng)水文地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行了反演輸出，較好的反演了放水試驗(yàn)的全過(guò)程。隨著放水量的增加和放水區(qū)段的延伸，總體上水位降低趨勢(shì)明顯，但由于大流量放水區(qū)段的集中程度不夠，計(jì)算水位集中漏斗區(qū)主要以S1210工作面的目前的采空區(qū)涌水段為漏斗中心，采空區(qū)南部由于帷幕注漿成果，水力梯度增加明顯。

2 含水層流場(chǎng)與工作面涌水量預(yù)測(cè)

通過(guò)數(shù)值模型對(duì)放水試驗(yàn)整個(gè)過(guò)程的反演與水位擬合，校正得出合理的模擬區(qū)水文地質(zhì)參數(shù)，在該校正后的數(shù)值模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)工作面開(kāi)采中地段的煤層頂板含水層底板水平標(biāo)高為基本約束條件，進(jìn)行模型的穩(wěn)定流模擬，即在模型中反復(fù)調(diào)試疏降水量使計(jì)算區(qū)砂巖裂隙地下水位保持在各水平之下，從而預(yù)測(cè)工作面不同范圍2-2煤頂板疏涌水量特征。按照此預(yù)測(cè)方案，反復(fù)調(diào)試疏降水量來(lái)擬合地下水位，最終計(jì)算得到各范圍的涌水量（疏降水量）值。

四、總結(jié)

1、通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算所得的工作面涌水量與實(shí)際較為接近。

2、但通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)水頭和計(jì)算水頭擬合對(duì)比，肯定了該模型可靠與合理性，能較好的反映試驗(yàn)區(qū)砂巖裂隙含水層的水動(dòng)力特征，計(jì)算結(jié)果具有較高的參考價(jià)值。

計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的應(yīng)用范文第4篇

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)模擬； 媒介； 建筑師； 知識(shí)結(jié)構(gòu)

Abstract:Computer simulation is an efficacious media tool for ecological architecture in the in the Era of Pictures Reading. It requires much more knowledge than before as an architect. This article provides an overview of the history of computer simulation and the use of simulation in the process of the architecture design. Then through the case studies, the article proposes fore fundamental points to the architects about the architecture design with the help of computer simulation.

Keywords:computer simulation；media；architect; structure of knowledge

中圖分類(lèi)號(hào)：TU201.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-0422（2009）06-0054-03

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，我們的社會(huì)已經(jīng)步入了讀圖時(shí)代。計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)是讀圖時(shí)代下綠色建筑設(shè)計(jì)的新媒介，它的出現(xiàn)對(duì)建筑師提出了新的要求，建筑師的知識(shí)結(jié)構(gòu)亟待更新。時(shí)代呼喚“升級(jí)版建筑師”。

1計(jì)算機(jī)模擬出現(xiàn)的時(shí)代背景

20世紀(jì)中期，能源、環(huán)境成為了全球關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。一部著作――《成長(zhǎng)的極限》、兩次能源危機(jī)，打破了歐伯羅斯的神話(huà)，自然給人類(lèi)敲醒了警鐘。作為全球能耗大戶(hù)的建筑行業(yè)開(kāi)始反思對(duì)自身對(duì)環(huán)境的影響，節(jié)能、環(huán)保成為了當(dāng)代建筑師共同肩負(fù)的社會(huì)責(zé)任。

建筑設(shè)計(jì)中，能源、環(huán)境是建筑師和工程師都必須考慮的因素。20世紀(jì)60年代，一些工程師嘗試?yán)糜?jì)算機(jī)將不可見(jiàn)的環(huán)境、能源因素可視化，并希望通過(guò)理性的科學(xué)分析與大量的數(shù)據(jù)計(jì)算使建筑物理環(huán)境的設(shè)計(jì)更加精準(zhǔn)化，從而達(dá)到節(jié)約能源的目的。計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)就是這種時(shí)代背景下的產(chǎn)物。最早計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)主要用于照明、暖通空調(diào)、通風(fēng)等方面的節(jié)能模擬。第二次石油危機(jī)過(guò)后，對(duì)節(jié)能的激勵(lì)減弱了，加之電腦技術(shù)的局限，計(jì)算機(jī)模擬一段時(shí)間內(nèi)銷(xiāo)聲匿跡。90年代初期，個(gè)人電腦的計(jì)算能力和儲(chǔ)存能力增強(qiáng)，計(jì)算機(jī)模擬得以發(fā)展普及，并越來(lái)越多地引起了建筑師的關(guān)注。于是在建筑和自然之間，計(jì)算機(jī)成了一種新的更為便捷的設(shè)計(jì)媒介工具，它通過(guò)對(duì)建筑信息、環(huán)境信息、計(jì)算模型的設(shè)計(jì)與運(yùn)算，將不可見(jiàn)的物理環(huán)境通過(guò)圖示顏色等可視化方式表現(xiàn)出來(lái)，綠色建筑也步入了“讀圖時(shí)代”。

2計(jì)算機(jī)模擬的類(lèi)型及其在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

隨著模擬技術(shù)的日趨成熟，建筑物理環(huán)境的模擬已經(jīng)成為綠色建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中不可或缺的媒介工具，環(huán)境模擬正在從工程師的“專(zhuān)利技術(shù)”變?yōu)榻ㄖ煹谋貍渌刭|(zhì)。目前，眾多模擬技術(shù)中能夠直接介入設(shè)計(jì)易操作的主要以下幾種（見(jiàn)圖表2）。這些模擬軟件按其在建筑設(shè)計(jì)中的作用不同可以分為參考性模擬和評(píng)價(jià)性模擬兩種。參考性模擬主要應(yīng)用在建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程，其主要作用是預(yù)測(cè)建筑周邊的物理環(huán)境并使之圖示化。參考性模擬的主要目的是為建筑師提供設(shè)計(jì)依據(jù)，避免由建筑設(shè)計(jì)原因?qū)е碌摹安皇孢m”環(huán)境，如CFD風(fēng)環(huán)境模擬軟件、ECOTECH建筑環(huán)境分析軟件等等。評(píng)價(jià)性模擬的應(yīng)用有兩類(lèi)，一是對(duì)重大項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段結(jié)束之后施工階段開(kāi)始之前，尤其是對(duì)建筑物理環(huán)境有特殊要求的建筑進(jìn)行物理環(huán)境的準(zhǔn)確模擬。其主要作用是對(duì)建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)性評(píng)價(jià)，在施工之前提出合理化改進(jìn)意見(jiàn)。二是對(duì)已建成建筑進(jìn)行能耗模擬分析，其主要作用是對(duì)建筑做出合理評(píng)價(jià)，提取有效數(shù)據(jù)，為以后的建筑設(shè)計(jì)積累經(jīng)驗(yàn)。這些模擬技術(shù)介入設(shè)計(jì)全過(guò)程，他們?cè)趦?yōu)化設(shè)計(jì)的同時(shí)對(duì)建筑師在建筑物理環(huán)境方面的基本修養(yǎng)提出了更高的要求。

3建筑師與計(jì)算機(jī)模擬

計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的介入更新了傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)的流程，除了在方案功能、流線(xiàn)、形體、結(jié)構(gòu)、材料和經(jīng)驗(yàn)性環(huán)境預(yù)測(cè)等方面反復(fù)推敲外，設(shè)計(jì)流程多了計(jì)算機(jī)這一相對(duì)客觀(guān)的評(píng)價(jià)要素（設(shè)計(jì)流程如圖表4）。然而，計(jì)算機(jī)模擬猶如建筑師手中的歐伯羅斯魔杖，如何能夠使其發(fā)揮積極作用，給建筑師提出了更高的要求。

首先，建筑師必須對(duì)建筑周邊環(huán)境的進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)研分析?；卣{(diào)研是建筑設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，更是將計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)運(yùn)用到建筑設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)。建筑師必須根據(jù)建筑所在環(huán)境的背景資料，氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出項(xiàng)目必須解決和重點(diǎn)考慮的環(huán)境問(wèn)題，決定是否需要進(jìn)行模擬，具體運(yùn)用什么軟件進(jìn)行模擬計(jì)算。下圖是筆者在一次國(guó)際生態(tài)住宅設(shè)計(jì)競(jìng)賽中的獲獎(jiǎng)方案。該方案選址在馬來(lái)西亞的一個(gè)小鎮(zhèn)。基地氣候終年濕熱，降水豐富，地處?kù)o風(fēng)區(qū)，除偶遇臺(tái)風(fēng)外，年均風(fēng)速小于5m/s。在這里解決生態(tài)的關(guān)鍵問(wèn)題是風(fēng)環(huán)境的設(shè)計(jì)，良好的自然通風(fēng)有利于潮濕空氣蒸發(fā)，從而帶走部分熱量。因而方案從規(guī)劃到單體，十分注重通風(fēng)環(huán)境的設(shè)計(jì)，并運(yùn)用CFD軟件分別對(duì)整體規(guī)劃的風(fēng)環(huán)境和單體建筑室內(nèi)風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬，借此優(yōu)化建筑微環(huán)境。

其次，建筑師應(yīng)該對(duì)建筑物理環(huán)境的基本評(píng)價(jià)指標(biāo)有所了解，也就是說(shuō)建筑師要能讀圖、讀懂圖。在還沒(méi)有出現(xiàn)計(jì)算機(jī)技術(shù)以前，建筑師關(guān)注自然環(huán)境，通過(guò)自己和他人的親身體驗(yàn)，模糊的定義建筑物理環(huán)境的好壞。這種情況下建筑師通過(guò)長(zhǎng)期的生活體驗(yàn)，能夠直觀(guān)地對(duì)建筑微環(huán)境的物理指標(biāo)給出感性評(píng)價(jià)。計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)出現(xiàn)后，冷、熱、干、濕等一系列形容詞一下子變成了色塊和阿拉伯?dāng)?shù)字。建筑師能否正確的、適當(dāng)?shù)亟庾x模擬圖的含義成為計(jì)算機(jī)模擬能否物盡其用的關(guān)鍵因素。下圖是對(duì)某生態(tài)建筑屋頂遮陽(yáng)的計(jì)算機(jī)模擬，分析不同的遮陽(yáng)形式對(duì)大廳室內(nèi)各層熱舒適狀況的影響。該項(xiàng)目所用的評(píng)價(jià)指標(biāo)為美國(guó)供熱制冷空調(diào)工程師協(xié)會(huì)（ASHRAE）推薦的標(biāo)準(zhǔn)有效溫度SET，其可表示人在太陽(yáng)輻射條件下對(duì)應(yīng)的冷熱感覺(jué)及健康狀況。當(dāng)SET大于30℃的時(shí)候，一般認(rèn)為不舒適。建筑師只有對(duì)模擬圖充分理解，計(jì)算機(jī)模擬才能夠?qū)ㄖO(shè)計(jì)真正起到指導(dǎo)作用。

再次，建筑師要擔(dān)當(dāng)起總體把握設(shè)計(jì)方案、理性分析環(huán)境條件、合理選擇技術(shù)手段的重任。一個(gè)建筑是否合理、是否節(jié)能不是單憑計(jì)算機(jī)軟件算出來(lái)。優(yōu)秀的建筑設(shè)計(jì)是其成為一個(gè)綠色建筑典范的前提。如果方案設(shè)計(jì)理念就有悖于節(jié)能環(huán)保，即使再出色的計(jì)算機(jī)模擬也只能是亡羊補(bǔ)牢。有一段時(shí)期，我國(guó)北方出現(xiàn)了大量的全玻璃的綠色建筑。眾所周知，我國(guó)北方地區(qū)冬天寒冷，節(jié)能重點(diǎn)在于冬季的保溫隔熱。而一般用于結(jié)構(gòu)的玻璃隔熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于混凝土，這決定了玻璃建筑在保溫方面存在天生缺陷。玻璃建筑晶瑩的表皮帶來(lái)的是大量的空調(diào)能耗和經(jīng)濟(jì)花銷(xiāo)，而非綠色節(jié)能。近幾年，我國(guó)與意大利合作設(shè)計(jì)了一座很有影響力的綠色建筑。下圖是設(shè)計(jì)過(guò)程中利用日照軟件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的模擬圖。勿庸質(zhì)疑，在方案設(shè)計(jì)中該項(xiàng)目運(yùn)用了先進(jìn)的模擬技術(shù)，經(jīng)過(guò)了仔細(xì)的計(jì)算與分析。然而再高明的模擬技術(shù)也無(wú)法避免通體的玻璃幕墻帶來(lái)的空調(diào)能耗和過(guò)億的造價(jià)。

最后要說(shuō)的是一個(gè)態(tài)度問(wèn)題。建筑師對(duì)計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的使用應(yīng)該有一個(gè)科學(xué)的客觀(guān)的態(tài)度。當(dāng)代的一些建筑實(shí)踐中，對(duì)建筑模擬有兩種有失偏頗的看法：一種認(rèn)為現(xiàn)階段建筑的設(shè)計(jì)周期短，建筑師要考慮的因素多，計(jì)算機(jī)模擬是對(duì)建筑師提出的額外要求，增加了建筑師的工作量；另一種觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果是準(zhǔn)確的，并且給建筑設(shè)計(jì)提供了有力的科學(xué)依據(jù)，比主觀(guān)的審美趣味更具說(shuō)服力，可以用計(jì)算機(jī)“算”出建筑。這兩種觀(guān)點(diǎn)在目前的建筑實(shí)踐中都不是對(duì)計(jì)算機(jī)模擬的客觀(guān)評(píng)價(jià)。計(jì)算機(jī)模擬僅僅是一種媒介工具，他的適用性需要建筑師憑借理性分析和經(jīng)驗(yàn)來(lái)判定，并且在建筑中始終是輔助設(shè)計(jì)的手段。這很像建筑表現(xiàn)中的透視，精美帥氣的透視圖固然能夠在一定程度上解決建筑的不可實(shí)驗(yàn)性帶來(lái)的設(shè)計(jì)困難，從而提高了建筑設(shè)計(jì)的質(zhì)量。但是，透視圖卻無(wú)法表現(xiàn)佛羅倫薩的滄桑和愛(ài)琴海邊小鎮(zhèn)的寧?kù)o。計(jì)算機(jī)模擬可以成為建筑師設(shè)計(jì)靈感的源泉，但絕不能成為束縛建筑師創(chuàng)造力的韁繩。

4結(jié)語(yǔ)

建筑是藝術(shù)與技術(shù)共同作用的產(chǎn)物。從原始棚屋起，建筑技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中經(jīng)歷了以拱券結(jié)構(gòu)和城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)為主要成就，關(guān)注建筑結(jié)構(gòu)特征的古羅馬時(shí)代，也經(jīng)歷了工業(yè)革命帶來(lái)的新材料、新能源的大規(guī)模運(yùn)用，現(xiàn)在又迎來(lái)了以計(jì)算機(jī)媒介技術(shù)為主要標(biāo)志的讀圖時(shí)代。模擬技術(shù)展示了以前不可見(jiàn)的環(huán)境和過(guò)程因素，建筑改變了他的不可試驗(yàn)性。媒介手段的改善必將會(huì)在設(shè)計(jì)方法、施工方法、設(shè)計(jì)理念等諸多方面打破傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)范式，相應(yīng)地也會(huì)改變建筑師的工作方法和知識(shí)結(jié)構(gòu)。這樣的時(shí)代背景呼喚著兼具節(jié)能工程師和設(shè)計(jì)師雙重能力的建筑師

參考文獻(xiàn)：

[1] 賴(lài)德林著.綠色建筑.[M].臺(tái)灣，詹氏書(shū)局，2006年10月.

[2] 林波榮.清華大學(xué)建筑環(huán)境模擬輔助設(shè)計(jì)課件.研究生課程，2006年.

計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的應(yīng)用范文第5篇

【關(guān)鍵詞】 計(jì)算機(jī)模擬技術(shù) 石油工程 運(yùn)用 黑油模型 裂縫模型

1 計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)在鉆井工作中的應(yīng)用

1.1 鉆井概述

所謂鉆井就是在油田開(kāi)采之前，選擇相應(yīng)的地表位置進(jìn)行向上或一側(cè)的打孔，直至到油層的位置。根據(jù)對(duì)鉆井的目的分類(lèi)大致可分為區(qū)域普查井、探井、開(kāi)發(fā)井以及特殊用途井等；根據(jù)鉆井的鉆入角度的不同，可以大致分為直井、定向井、水平井等；根據(jù)對(duì)鉆井的鉆入深度不同進(jìn)行分類(lèi)大致可分為淺井、深井、中深井、超深井以及特超深井等。

1.2 鉆井的發(fā)展史

鉆井最開(kāi)始時(shí)期是人們想獲得地下的鹽，以供人們生活所使用，在偶然的情況下獲得了地下的石油，為此人們也將利用鉆井的形式來(lái)獲取地下更多的石油，這也是我國(guó)石油工程中的第一口油井。在1521年之前鉆井的方法都是采用人工掘井的方式，從這以后才研制出人力沖擊鉆的鉆井方法，一直到1859年科技不停的發(fā)展，也研制出我國(guó)第一臺(tái)沖鉆機(jī)械，到現(xiàn)今為止，鉆井發(fā)展中經(jīng)歷了旋轉(zhuǎn)鉆、自動(dòng)化沖鉆機(jī)械等一直到當(dāng)今油田工程中所使用的計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)的鉆井方法，為石油工程的發(fā)展創(chuàng)造出更有利的條件。

1.3 影響鉆井的主要因素

在鉆進(jìn)下鉆的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)很多因素影響下鉆的工作效率，大致可分為可控制因素和不可控制因素，每一種影響鉆井的因素都可能決定鉆井的成功與否?？煽刂埔蛩?，主要是指通過(guò)一些手段和技術(shù)能對(duì)其控制的因素，比如，在鉆井中使用的鉆頭類(lèi)型、下鉆鉆壓、器械的轉(zhuǎn)速、泵機(jī)的壓力、以及地表機(jī)泵的設(shè)備等；不可控制因素，主要是只客觀(guān)存在的通過(guò)設(shè)備和技術(shù)無(wú)法改變的因素，例如，儲(chǔ)油層的深度、所鉆地層的可鉆性、所鉆地層的壓力、所鉆地層的巖性以及研磨性等。鉆井的成功率是石油企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，為了能提高鉆井的成功率就需要對(duì)可控制的因素進(jìn)行不斷的優(yōu)化，而優(yōu)化的基本策略要根據(jù)鉆井中所涉及到的可研性、地應(yīng)力、巖性等進(jìn)行相關(guān)的優(yōu)化，尤其是對(duì)所鉆地層的參數(shù)，這將決定在鉆井過(guò)程是否能精確的達(dá)到相應(yīng)的油層位置。

1.4 計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)在鉆井中的應(yīng)用

利用傳統(tǒng)的鉆井方式在鉆井的過(guò)程中，對(duì)所鉆位置的地質(zhì)情況、深度等沒(méi)有較好的數(shù)據(jù)分析，就算是有合理的管理制度，有效的指揮措施，但是在不知情的情況下進(jìn)行鉆井，也會(huì)對(duì)鉆井的效益產(chǎn)生一定的影響，巖層地質(zhì)的復(fù)雜性是無(wú)法想象的，因此，要運(yùn)用鉆進(jìn)技術(shù)和優(yōu)化鉆進(jìn)的手段來(lái)提高鉆進(jìn)的工作效率。通過(guò)對(duì)多方面的優(yōu)化研究表明，利用計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)將其應(yīng)用到鉆井工作中會(huì)為鉆井工作帶來(lái)很大的幫助，尤其是對(duì)不可控制因素的了解更明顯。計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)主要針對(duì)鉆井施工所在地的地質(zhì)情況分析；施工方案的模擬；注水泥設(shè)計(jì)的模擬；對(duì)下鉆工具的力度掌控；對(duì)實(shí)際井眼偏離設(shè)計(jì)井眼軌道的修正；對(duì)鉆井控制的模擬；對(duì)所鉆地質(zhì)的倒向控制；對(duì)鉆頭和其他器械的選擇和參數(shù)上的配置；鉆井模擬教學(xué)等。

2 計(jì)算機(jī)油藏模擬技術(shù)的應(yīng)用

隨著社會(huì)科技的不斷進(jìn)步，油田行業(yè)的發(fā)展也在不斷的加速，同時(shí)在油田開(kāi)發(fā)和勘探方面的費(fèi)用也越來(lái)越高，不僅需要掌握油田開(kāi)發(fā)地質(zhì)的各種參數(shù)數(shù)據(jù)，還要根據(jù)不同的地質(zhì)特征來(lái)制定相關(guān)的分布圖的模型，尤其是油藏的位置模型非常重要，要采用相關(guān)的油藏技術(shù)對(duì)其進(jìn)行三維空間定量的研究，才能有效的描述油藏的位置，進(jìn)而制作模型。所謂油藏技術(shù)，就是對(duì)油藏的流體、沉積、構(gòu)造等特征進(jìn)行三維油藏地質(zhì)的模擬。因此，油藏技術(shù)可以說(shuō)是在油田開(kāi)采行業(yè)中占有非常重要的地位，促進(jìn)油田行業(yè)的發(fā)展，還需要從優(yōu)化油藏技術(shù)的角度出發(fā)。根據(jù)當(dāng)今形式的發(fā)展，我國(guó)將計(jì)算機(jī)技術(shù)與油藏技術(shù)相互結(jié)合的使用稱(chēng)為計(jì)算機(jī)油藏模擬技術(shù)，更進(jìn)一步優(yōu)化油藏技術(shù)，為油田行業(yè)做出巨大的貢獻(xiàn)。其中利用計(jì)算機(jī)油藏模擬技術(shù)制作較為常用的模型有黑油模型、裂縫模型、組份模型、蒸汽驅(qū)模型、化學(xué)驅(qū)模型等。

2.1 黑油模型

黑油模型被油田行業(yè)廣泛的應(yīng)用，其中在砂巖油氣田的開(kāi)發(fā)中經(jīng)常用到，黑油模型由三組份形成的三維三相模型，其中三組份主要包括水、氣、油等三部分組成。根據(jù)當(dāng)今的發(fā)展趨勢(shì)，傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)方案已經(jīng)不足以滿(mǎn)足現(xiàn)在油田開(kāi)發(fā)的需求，尤其是對(duì)油田新區(qū)的開(kāi)發(fā)，需要對(duì)開(kāi)放方案進(jìn)行處理和優(yōu)化，而通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)開(kāi)發(fā)的黑油模型能有效的滿(mǎn)足當(dāng)今油田開(kāi)發(fā)的需求，在油田新區(qū)的開(kāi)發(fā)中得到廣泛的應(yīng)用，另外黑油模型還可利用到油田老區(qū)，用來(lái)確定油田老區(qū)開(kāi)采之后剩余油資源的分布，進(jìn)而達(dá)到增加油產(chǎn)量，提高油田開(kāi)發(fā)的效果。除此之外，黑油模型還在地下水層儲(chǔ)氣等油礦方面得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)它的使用情況可以推斷出，黑油模型不僅是油藏模擬技術(shù)中使用的最廣泛的模型，同時(shí)它還是其他油礦開(kāi)采模型發(fā)展的基礎(chǔ)，在油田行業(yè)中的應(yīng)用極大。

2.2 裂縫模型

油氣藏的種類(lèi)多種多樣，裂縫油氣藏的開(kāi)采是比較多的，根據(jù)名字大概可以分析出存在裂縫之間的油氣藏。事實(shí)就是如此，裂縫性油氣藏是由滲透性比較強(qiáng)的自然裂縫和巖層延性緊密的基質(zhì)巖塊組成的，由此可以看出，這類(lèi)油氣藏的開(kāi)采相對(duì)比較困難一些，并不是由單一性質(zhì)的孔隙介質(zhì)組成的油氣藏，對(duì)于此類(lèi)油田的開(kāi)采措施也做了相應(yīng)的優(yōu)化策略。根據(jù)計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的應(yīng)用，針對(duì)這類(lèi)裂縫油氣藏的開(kāi)采建立了裂縫模型的開(kāi)采模式，裂縫模型主要是采用雙重介質(zhì)滲流的開(kāi)采模式，對(duì)于這樣特殊的油氣藏模擬來(lái)說(shuō)是非常有效的。主要應(yīng)用于華北、四川等地，根據(jù)我國(guó)的油氣藏分布情況來(lái)看，大多數(shù)的裂縫性油氣藏都處在華北、四川等一帶。較為常見(jiàn)的裂縫油氣藏主要由花崗巖、石灰?guī)r、變質(zhì)巖等物質(zhì)構(gòu)成。

2.3 組份模型

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，在石油工程中應(yīng)用的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)也針對(duì)各種不同的油氣藏制定相應(yīng)的模擬技術(shù)。尤其是在針對(duì)開(kāi)采難度較大輕質(zhì)油藏、凝析油氣藏以及揮發(fā)性較強(qiáng)的油氣藏等，由于這些油氣藏的油質(zhì)極其的不穩(wěn)定，甚至?xí)霈F(xiàn)物化反應(yīng)的情況。因此，針對(duì)這種不穩(wěn)定的油氣藏僅僅采用以上的模擬方式是無(wú)法來(lái)完成的，在利用油、水、氣等采用多孔介質(zhì)來(lái)描述流體流動(dòng)的情況的基礎(chǔ)上，還需要對(duì)油氣相中的烴類(lèi)成分瞬間相變的程度做以了解，這種模擬技術(shù)的形式又叫組份模型。組份模型主要應(yīng)用范圍在帶油環(huán)和低水的凝析油氣藏以及純凝氣藏等開(kāi)采難度比較困難的油氣藏中。組份模型在計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的研究領(lǐng)域中是比較復(fù)雜的一項(xiàng)研究，模擬研究?jī)?nèi)容主要包括干氣、氮?dú)狻⒍趸嫉葰怏w注入以及循環(huán)注氣開(kāi)采、衰竭開(kāi)采等方向的研究，通過(guò)多項(xiàng)的研究可以解決在油氣藏開(kāi)采中遇到的相關(guān)問(wèn)題，比如：對(duì)類(lèi)型的準(zhǔn)確判斷性、開(kāi)采方式的選擇合理性、對(duì)流體的評(píng)介、地面分離工藝、確定開(kāi)工程序、最后開(kāi)采的收益情況估計(jì)等多種的分析以及相關(guān)的解決方式，對(duì)于油氣藏開(kāi)采工程師來(lái)說(shuō)，這無(wú)疑是給予他們最有力的依據(jù)，并做出正確的開(kāi)采方針。從此看來(lái)，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)為石油工程領(lǐng)域做出了重大的貢獻(xiàn)，充分促進(jìn)了石油工業(yè)的發(fā)展。

2.4 蒸汽驅(qū)模型

在多種多樣的油氣藏中，其中有一種油氣藏是非常特殊的，稠油油田的油氣藏中的油質(zhì)粘稠度是非常大的，有些油氣藏的油質(zhì)稠度甚至不會(huì)出現(xiàn)流動(dòng)，對(duì)于這類(lèi)的油氣藏開(kāi)采是十分復(fù)雜而麻煩的，而且，最重要的是不能充分的對(duì)這類(lèi)油氣藏進(jìn)行開(kāi)采。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)所有油田的油氣藏中有10%的油氣藏屬于這種稠油型的油氣藏，對(duì)于這種稠油油田的開(kāi)采如果繼續(xù)使用常規(guī)的辦法的話(huà)，會(huì)非常浪費(fèi)資源、人力以及物力，而且還不能有效的進(jìn)行開(kāi)采，比正常開(kāi)采的利潤(rùn)要降低的很多，依靠注水和天然的能量來(lái)開(kāi)發(fā)這種類(lèi)型的油田根本得不到多大的利潤(rùn)。稠油油田的開(kāi)采已經(jīng)被國(guó)家列為重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，為此做出了相應(yīng)的研究成果。利用蒸汽驅(qū)的熱力學(xué)原理和蒸餾的作用，來(lái)對(duì)這種油質(zhì)稠度較大的油氣藏進(jìn)行開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)降低油氣藏油質(zhì)的稠度，提高油質(zhì)的流動(dòng)性，進(jìn)而達(dá)到油田開(kāi)采高利潤(rùn)的目的，這種方式名為蒸汽驅(qū)模型。很明顯通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)研制的蒸汽驅(qū)模型的利用，在稠油油田開(kāi)采中取得了很大的成就。蒸汽驅(qū)模型的原理是在采用方法上除了采用一般油田注熱水的方法外，還采用蒸汽驅(qū)和蒸汽吞吐的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)降低油質(zhì)的稠度。蒸汽吞吐主要是應(yīng)用在油質(zhì)稠度較大但還達(dá)不到?jīng)]有流動(dòng)性程度的油氣藏開(kāi)采中，應(yīng)用很廣泛，而蒸汽驅(qū)的應(yīng)用則是繼蒸汽吞吐更深一層的工作，主要應(yīng)用在油質(zhì)稠度特別大，甚至失去流動(dòng)性的油氣藏的開(kāi)采中。就使用程度上來(lái)說(shuō)，蒸汽驅(qū)的使用條件要高于蒸汽吞吐的使用條件，在使用蒸汽驅(qū)的過(guò)程中，要求油氣藏的埋藏深度不得過(guò)深，而且油氣藏的厚度要保證在10米以下，要保證在開(kāi)采位置的泥巖夾層較少的地方進(jìn)行工作，否則將會(huì)對(duì)蒸汽驅(qū)造成一定的影響。因此，這也是蒸汽驅(qū)由于要求過(guò)高很少進(jìn)行實(shí)地試驗(yàn)的原因。另外，蒸汽驅(qū)模型的應(yīng)用還可對(duì)油田開(kāi)采中蒸汽吞吐的效果進(jìn)行預(yù)測(cè)以及對(duì)蒸汽吞吐設(shè)計(jì)最佳的吞吐周期。因此，蒸汽驅(qū)模型的采用，大大促進(jìn)了石油工業(yè)的發(fā)展，為油田工業(yè)創(chuàng)造了更多的利潤(rùn)。

2.5 化學(xué)驅(qū)模型

在石油工程中，采油量與產(chǎn)業(yè)利益有著直接聯(lián)系，如何在原有的方式上增加產(chǎn)油量是我國(guó)石油工程中重點(diǎn)研究的課題。終于不負(fù)眾望，在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)和研究之后，通過(guò)利用化學(xué)的原理達(dá)到在原有的程度上增加油產(chǎn)量，名為化學(xué)驅(qū)模型?；瘜W(xué)驅(qū)模型主要是通過(guò)對(duì)注入水中加入一些化學(xué)溶劑，目的是為了降低地下相互之間的界面張力，由于在油氣藏中有很多部分的原油都會(huì)由于界面張力的作用，使這些原油無(wú)法被開(kāi)采出來(lái)，而化學(xué)驅(qū)模型可以解決這個(gè)問(wèn)題，降低地表下相應(yīng)的界面張力，使得在地下被束縛的原油有重新的流動(dòng)被開(kāi)采出來(lái)，直接增加了原油的采收率，這也是通過(guò)礦場(chǎng)實(shí)地試驗(yàn)以及試驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)充分證實(shí)的，是能有效增加原油產(chǎn)量的一種重要方法。但是，在使用化學(xué)驅(qū)模型的過(guò)程中還需要注意最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，就是對(duì)化學(xué)溶劑的調(diào)制，要根據(jù)不同油田的不同特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)制，化學(xué)溶劑的調(diào)制要根據(jù)計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)中所提供的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，如：液相粘度、滲透率、原油的飽和度等相關(guān)的計(jì)算，同時(shí)要結(jié)合地下的界面張力進(jìn)行分析，這個(gè)計(jì)算過(guò)程是比較繁瑣的，而后達(dá)成的目的就是要控制驅(qū)替相與被驅(qū)替相兩者之間界面張力的變化，同時(shí)還需要注意在通過(guò)化學(xué)溶劑實(shí)現(xiàn)到較小的張力之后所存在的巖石之間相互吸附的問(wèn)題。

根據(jù)現(xiàn)今石油工程開(kāi)采的情況分析，很多油氣藏在開(kāi)采的過(guò)程中的吸附過(guò)程都會(huì)對(duì)聚合物或活性劑造成一定的損耗，在此同時(shí)也降低了段塞驅(qū)替該有的效果，而且還增加了驅(qū)動(dòng)水帶的推進(jìn)速度直接超過(guò)段塞的推進(jìn)速度，這種情況之下極有可能出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)水超越的現(xiàn)象，這對(duì)油氣藏開(kāi)采也會(huì)造成一定的影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)石油工程開(kāi)采中，只有極少一部分油氣藏在采用這種方式進(jìn)行開(kāi)采，其主要是因?yàn)榛瘜W(xué)驅(qū)模型的驅(qū)替過(guò)程比較繁瑣復(fù)雜，而且由于很多油氣藏開(kāi)采工作都受到技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的限制，使得化學(xué)驅(qū)模型很少被應(yīng)用，而大多的研究成果都是從實(shí)驗(yàn)室和理論研究上得來(lái)的。但是，可以斷定的是化學(xué)驅(qū)模型確實(shí)能有效的幫助油田工程解決兩大難題。一，可以利用化學(xué)驅(qū)模型對(duì)開(kāi)采堿水驅(qū)、微乳液驅(qū)、聚合物驅(qū)、活性水驅(qū)等相關(guān)的過(guò)程進(jìn)行模擬，預(yù)測(cè)相關(guān)因素的開(kāi)采條件，優(yōu)化相應(yīng)的開(kāi)采工作，從而達(dá)到提高開(kāi)采效率的目的，是作為開(kāi)采方案設(shè)計(jì)的有力依據(jù)；二，對(duì)油氣藏開(kāi)采中使用的驅(qū)油機(jī)的相關(guān)因素進(jìn)行了解，如，壓力的分布情況、驅(qū)油的特性、飽和度的分布情況等都是與驅(qū)油機(jī)息息相關(guān)的因素，了解這些才能掌握驅(qū)油機(jī)的整個(gè)驅(qū)油過(guò)程，進(jìn)而促進(jìn)石油工程的良好進(jìn)行。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)于計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)在石油工程中的運(yùn)用進(jìn)行了具體的分析和研究，通過(guò)本文的探討，我們了解到，通過(guò)有效的運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，能夠解決石油工程中的很多難題，能夠節(jié)省大量的時(shí)間，并且有助于促進(jìn)石油開(kāi)采的效率，使石油企業(yè)能夠獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)石油企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介

張海波（1971-），男，滿(mǎn)族，吉林省松原市人。現(xiàn)為吉林省鎮(zhèn)賚縣大屯鎮(zhèn)英臺(tái)采油廠(chǎng)工程師。主要研究方向?yàn)槭凸こ獭?/p>