化工过程过程系统的模拟课件

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1、2.1过程系统模拟的基本任务第三章　过程系统的模拟（1）过程系统的模拟分析（OperatingProblem）过程系统模型输入流股向量输出流股向量设备参数向量（2）过程系统的设计（DesignProblem）过程系统模型控制模型输入流股向量设备参数向量输出流股向量设计要求指标可调设备参数向量可调输入向量输出设计结果向量（3）过程系统的优化过程系统模型输出流股向量经济分析模型优化程序给定输入给定参数经济参数输出优化结果优化变量性能指标约束条件约束条件（1）图形表示工艺流程图的有向图或信息流程图（Informationflowdiagram)基本概念：节点——设备单元边——流股

2、子图路径循环回路或环路12712111214354678910111213683549102.1过程系统结构的表达（2）矩阵表示（a）过程矩阵(ProcessMatrix)Rp表达过程系统单元设备与流股之间的关系，由流股将相关设备关联起来。单元设备序号相关物流号流入该节点的流股+流出该节点的流股-12341112-11-2(b)邻接矩阵（AdjacencyMatrix)RA一个由n个单元或节点组成的系统，其邻接矩阵或相邻矩阵可表示为n×n的方阵。123456789101112流入节点j流出节点i121112111011RA=j123456789101112i21435768

3、9101211010000000000001000000000000100000001000010000000000001000000000000101000000000001000001001000000000000000100000001000010000000000000000000000000空的列（元素都为零）：系统中没有输入的节点；空的行（元素都为零）：系统中没有输出的节点。邻接矩阵：（c）关联矩阵（IncidenceMatrix)RI元素Sij=-1，边（流股）j为节点（单元设备）i的输出流股1，边（流股）j为节点（单元设备）i的输入流股0，边（流股）j与节点

4、（单元设备）i无关联RI=j1234567891011121314i214357689101211-100000000000001-100000000000001–10000010000-1001-100000000000001-100000000000001-1010-10100000001-100000000000001-1-1000000000000001-100000000100001-1-100000000000001000000000000001关联矩阵关联矩阵具有以下性质：Ⅰ.若有向图中有n个节点m条边，则关联矩阵为n行m列的矩阵。Ⅱ.每一流股(边)在矩阵中标

5、出两次，即同一条边可是一个节点的输出又是另一节点的输入边。Ⅲ.列的元素之和为零。3.3过程系统的分解将一个结构已定的系统分割成一些更小的次一级系统的方法。将系统的总目标分解成更小的系统的目标，或者将阶数、维数很大的系统的数学模型分解成阶数、维数较小的子系统的数学模型。分解的目的：降低计算复杂度，提高计算效率。3.2.1问题的提出分解的必要性：所有方程联立求解困难分解的可能性：每一个方程并不含所有变量矩阵的稀疏性系统分解（Decomposition)步骤：（1）系统的分隔（或分割，Partitioning)①识别独立的子系统②从子系统中识别循环回路或最大循环网（2）子系统（循

6、环回路或最大循环网）的断裂3.2.2不相关子系统的识别（了解）可分为2个子系统：3.2.3对不相关子系统的分隔在不相关子系统中识别出不可再分隔的子系统，即循环回路及最大循环网，并用拟节点表示，然后按信息流方向排出有利的计算顺序。ABCDEDFCBEA最大循环网（包含2个关联的循环回路）2个序贯相连的循环回路直观分析法：H单独1组；A，B，C，D，E构成1组；F，G构成1组；I单独1组。计算顺序：H，(A,B,C,D,E)，(F,G)，I3.2.4最大循环网的断裂选择最优断裂流股的准则：I.断裂的流股数目最少；II.断裂流股包含的变量数目最少；III.对每一流股选定一个权因子

7、，该权因子数值反映了断裂该　流股时迭代计算的难易程度，应当使所有的断裂流股权因子数值总和最小；IV.选择一组断裂流股，使直接代入法具有最好的收敛特性。Lee-Rudd断裂法该法属于第I类最优断裂准则，即断裂的流股数目最少，把一最大循环网所包含的所有回路打开。有四个回路A，B，C，D及8个流股。S1S2S3S4S5S6S7S80110000011010000000000110001111012121121ABCDf2432R回路矩阵的元素定义：Cij=1物流Si在回路i内时0物流Si不在回路i内时f：回路频率，某一流