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1、,‘∀!年化李主程第如化工系统工程讲座#二∃梁玉衡#化工部化工机械研究院第二讲系统的模拟‘、。系统的模拟是化工过程系统研究、设计的通用工具这一讲首先分别说明系统的模型,。模拟的基本概念然后详细阐述化工过程系统计算机模拟的基本知识、一系统的模型。系统的模型是对系统进行研究所来用的一种表示方法换句话来说是对那些正在模拟的‘。系统所提供的一种变换和关系但是系统的模型很少是高度地抽象或者是严格的数学化的%,&它可一个系统的模型可以表示系统的全部也可以表示系统的一部分以用一个和实际系统,。相似的实体或其它物理形式表示∋也可以用数学方程式或图形表示例如试验用的实体模型为了对一个复杂
2、的过程系统进行研究丫可选择一个与它相似但规模,。较小的过程系统进行研究以便取得分析大型过程系统的特性数据,用,过程系统框图对过程系统按一定规则简化逻辑框图代替所研究的系统以说明系。统组成和它们之间的联系‘。过程系统的信息流图用以说明数据在系统中变化所采用的图的表示方法、,。数学模型用以说明过程系统的变量参数之问的关系描述系统特性的数学方程式上述的试验装置、系统框图、信息流图、数学方程式都可称为系统的模型。系统的模型是,,任何一个系统的模型都是对实际系统的不同程度的逼近,研究系统特性的重要工具但是而不是实际系统的重现。、&系统的模型按性质分类。系统的模型按其性质区分为确定性
3、模型和随机性模型、化学和。所谓确定性模型是以完全确定的物理化学工程基本原理构造的模型这种模型。在一般适用于对过程的机理有比较深入的了解的系统确定性系统的数学模型中没有随机变,,&,量模型中的变量和参数有固定的数值模型的解给出过程输出的精确值系统的确定性数、、、、、、积一学模型可以用代数方程微分方程差分方程分方程偏微分方程微分差分方程微一积分方。,“”分程表示当然这里所谓完全确定是指从模型所取得的结果可以表示实际系统的某些变量的统计平均值而言‘,所谓随机性模型是一个化工过程系统以及组成系统的单元过程和单元设备由于受到外一沁一。、界千扰以及相互间的影响先论在时间和空间上都具有随
4、机性质的模型例如在一个特定空&又,间中颗粒的运动就是一种常见的随机运动形态如湍流流动也表现出很强的随机性质在&,(),,,湍流流动时很大在管中的流体微团的运动轨道错综复杂除正向运动外#流动方向∃,即使时间的微小间隔都会使流线发生很大的变化,因此应把这种宏观还有返混和横向运动,,∗的混杂运动如同研究分子运动那样将流体微团的不规则运动看作为随机运动的总合再,包、、,有流化床中气泡运动括气泡的形成生长破裂和颗粒的环流也是一种典型的随机运&’。,,动气泡在流化床层内不断变化其形状要在求解过程确定而气泡周围的流化状态是不稳,,,,定的特别在分布板附近由于扰动的增长形成气泡然后气泡逐渐
5、增大气泡群以复杂的,,,它们在,方式运动在床层内有成串的气泡也有随机分布的气泡上升过程中相互影响随机。,地聚并或分裂对这样一类问题采用随机方法处理没有必要精确地测定个别气泡的行为和,,&几何参数而是通过对这种变化不定的随机现象抓住表征气泡行为和几何参数的统计平均&山,,,、、,值用概率分析将可测参数与气泡直径分布形状因子气泡串的几何参数联系起来从。,而求得大量气泡随机运动的统计规律其它如化学反应器填料塔中传质和反应过程都具有这。种随机性质∗化工过程系统的随机性表现为下述几种典型,。,过程系统是确定性的但是系统的输入是随机性的汝口一个层流操作的反应器它是,。一个确定性的系统
6、但是它的进料浓度的波动是由前一级的物流干扰而引起的随机波动过程系统的输入是确定性的,但是系统是随机性的。如一个完全混合槽反应器或填充,,,,床反应器它是一个随机系统所以无论在什么情况下一个确定性的输入而反应器的输。,,,出都是随机性的在这种情况下输入反应器的物料可能作为下一级的进料也可能作为前一级的再循环物流、,或者停留在反应器中。!。过程系统和输入都是随机性的如有输入波动的完全混合反应器或填充床反应器中所、「。进行的过程·,。,要描述这些过程的特性必须采用随机性模型在随机性模型中包含有随机变量数学。,,模型随着随机变量而异在随机模型中无法也没有必要测定随机变量的精确值而
7、要求的,,随是与观测变量有关的某些数值的概率由此决定过程系统的统计规律机模型的输出不是,、、。确定性变量而是它的期望值方差相关系数随机变量可能随时间连续变化或者仅仅是。∀、#、在某一时间的特定值随机模型又可分为离散状态离散时间的随机模型离散状态连∀、#、。续时间的随机模型连续状态离散时间的随机模型连续状态连续时间的随机模型∃系统的模型按研究方法分类。过程系统的模型按研究方法又可以分为实体模型和数学模型。实体模型是按原来的过程或设备或者设计中的过程的组成方式做成的实物例如为了研,,究二个大型装置的特性按照它的过程和设
