系统工程 第6讲 数学模型

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1、作业1：根据给出的过程系统，作出信息流程图，写出过程矩阵、关联矩阵和邻接矩阵。如何利用邻接矩阵识别输入流、输出流和循环流？作业2单元过程自由度分析的主要步骤和意义是什么？作业3简述化工流程模拟主要包括哪些基本模型，你认为选用这些模型的过程中有哪些注意事项？1.代数表达方式（系统模型之……)2.流程模拟基本模型●纯组分性质:基本物性、蒸汽压、蒸发热、液体密度●流体热力学性质：流体PVT关系、焓模型、逸度模型●流动模型伯努利方程●相平衡模型（&组合法)●反应动力学与化学平衡●传递过程模型3.过程单元模型（进行了选择性详细介绍）4.典型的单元过程模型建立过程----自由度分析（三步走）5.模型自

2、由度的实质(?)；Note…Reviewoflastlecture……下游模块（设备）输入物流状态参数=上游模块（设备）的输出物流状态参数实验数据专用或通用计算方法基团贡献等估算方法（Note？）选择基本模型之策略2.7.2分流器（课堂讨论）αm=3(c+2)+1独立方程亦即物流混合器的数学模型为：压力平衡方程2个温度平衡方程2个物料衡算方程2（C-1）个11变量数独立方程数n=2c+4物理意义？2.7.3绝热闪蒸器m=变量数：3(C+2)+1（P）（与教材上有区别）与过程有关的设备特性参数和操作参数：0过程从外界得到的热量和功：0独立方程：n=2C+4压力平衡方程：Pv=PL=P2个热平

3、衡方程：Tv=TL1个物料平衡方程：Fzi=Vyi+LxiC个相平衡方程：yi＝kxiC个焓平衡方程：FH=VHv+LHL1个模型的自由度：Fr=m-n=3(C+2)+1-(2C+4)=C+3(C+2+P或T或e)闪蒸器P(物理描述-一股物流节流阀减压后进入闪蒸器，在无外供热量的情况下，部分物料汽化，产生汽液两相，两相的流量分别为V和L、两相的组成分别y和x)m=2(c+2)+1(与功有关)n=c（物料平衡）+2(压力平衡，热量平衡）Fr=m-n=c+3（含义：给定输入流股性质和压力变化，可计算输出流股性质)2.7.4压力变化器械泵压缩机m=2(c+2)+2(功,效率=等熵绝热焓降/真实焓

4、降)n=c（物料平衡）+2(压力平衡，热量平衡）Fr=m-n=c+4（含义：给定输入流股性质、效率和压力变化，可计算输出流股性质)减压阀在稳态流程模拟中，泵和压缩机都可视为“压力变换器”或“增压器”。最简化的泵和压缩机的单元模型大体上是相同的。都有一个设备参数，即压力的改变量或者是轴功。若不考虑相变的可能，此时的单元过程模型极为简单，即，而输出物流的组成不变，与输入物流相同（物料平衡），出口温度也可不变；如果是压缩机，可按绝热压缩求出出口的温度，最后根据出口状态给输出物流的焓赋值即可。两股工艺流间的无相变换热(教材p18）2.7.5-1换热器（Case1---物流）换热器流股变量数：（每个

5、流股都有流量、压力、温度三个独立变量）设备特性参数：2（换热系数K和换热面积A）总变量数：m=14压力平衡方程：2个①物料平衡方程：2个②热量衡算方程：1个③传热方程：1个④独立方程数：n=6模型自由度：Fr=m-n=8物理意义？模型假设：假定换热器没有散热损失和流体压力降，物性不随温度压力变化，稳态。模型教材上的方法K,A不失普遍性……换热器S1S3S4S2流股变量数：4（C+2）设备特性参数：2（换热系数K和换热面积A）总变量数：m=4c+10压力平衡方程：p3=f1(p1),p4=f2(p2)2个①物料平衡方程：Fxi1=Fxi3;Fxi2=Fxi42C个②热量衡算方程：H1+H2=

6、H3+H41个③传热方程：1个④独立方程数：n=2c+4模型自由度：Fr=2c+6物理意义？模型K,A2.7.5-2换热器（Case2---能流）F1，T1F2，T2F1，T1F2，T2Q变量数m=2（C+2)+1方程数：n=C+2各组分的物料平衡C焓平衡1压力平衡1自由度F=m-n=c+3如果给定全部进口流股变量c+2后，则还只有一个自由度，或者给定Q，则算出全部出口流股c+2个出口变量；或者给定出口温度T2，则可以计算出热负荷Q。Q2.7.6精馏塔板(p44-45）MHKS方程（MESH）单块理论级的模型逐板计算；联立求解（分离工程内容）2.7.7通用分离器物料平衡计算（不做相平衡计算

7、）：流程模拟当中，如果我们不需要了解内部细节（如塔板数，填料塔，或还没有条件深入模拟细节时，往往以此模型代替分离设备模型，只需要输入-输出关系，相当于“blackbox”）βi=(V×yi)/(F×Xi)分离率或分配系数总独立变量数m=3(c+2)+1+C独立方程数：n=2c+1物料平衡：F×zi=v×yi+L×xicyi=βi×F×zi/Vc热量平衡：F×H+Q=V×Hv+L×Hl1自由度Fr=2C+6（物理意义？）2