化工问题的建模与数学分析方法化工数学.ppt

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1、化工问题的建模与数学分析方法——ModellingandAnalyticalMethodsforProblemsinChemicalEngineering第一章化工问题的数学模型1、模型的意义与作用2、建模方法3、典型化工问题数学模型剖析第一章数学模型——模型有什么用？0概述：关于化工数学的分类化工数学——一个含糊的概念解决化工问题的数学，体现方法论的数学1.化工实验数学数据处理与误差分析实验设计量纲分析与相似理论第一章数学模型——模型有什么用？2.化工建模与数学分析化工问题建模模型求解与分析3.化

2、工过程模拟与优化流程模拟方法过程的综合最优化方法第一章数学模型——模型有什么用？§1模型的意义与作用1化学工程——研究工业规模的物质转化规律及技术手段研究对象质量传递动量传递能量传递化学反应过程解决的问题装置放大流程设计1化学工程——研究工业规模的物质转化规律及技术手段研究对象质量传递动量传递能量传递化学反应过程解决的问题装置放大流程设计第一章数学模型——模型有什么用？第一章数学模型——模型有什么用？化学工程发展史上的几个重要阶段1901～1920’s：工业化学→化学工程1923～1930‘s：单元

3、操作，化工数学1940～1950‘s：传递现象，数学模拟1957～1960‘s：化学反应工程1970‘s～：过程系统工程趋势——模型化，数学化化学工程的方法论——解耦热模研究：考察化学反应规律冷模研究：考察流动与传递规律数学模型：反应器行为模拟中间实验：三种模型的结合工业设计第一章数学模型——模型有什么用？数学模型的作用正问题：模拟、优化、控制反问题：机理辨识、参数求取典型实例印巴核实验——数学模拟技术的需求第一章数学模型——模型有什么用？§3建模一般步骤——认识论的规律第一章数学模型——建模方法真

4、实对象物理模型数学模型认识核验表述模型标准内容真实形式简单建模关键——合理简化抓住主要因素，突出主要特征怎么区分主次根据建模目的根据突出问题特征第一章数学模型——建模方法实例气液传质的双模模型平推流反应器模型均想混合的搅拌釜模型第一章数学模型——建模方法第一章数学模型——建模方法§3化工问题的数学表述1.守恒方程（balanceequations)质量守恒、动量守恒、能量守恒、粒数守恒通用公式：输入项－输出项＋生成项＝积累项注意问题：对象的选择坐标系的选择化学工程发展史上的几个重要阶段1901～19

5、20’s：工业化学→化学工程1923～1930‘s：单元操作，化工数学1940～1950‘s：传递现象，数学模拟1957～1960‘s：化学反应工程1970‘s～：过程系统工程第一章数学模型——建模方法例1均相釜式反应器数学模型衡算对象——单元图1.3连续釜式反应器化学工程发展史上的几个重要阶段1901～1920’s：工业化学→化学工程1923～1930‘s：单元操作，化工数学1940～1950‘s：传递现象，数学模拟1957～1960‘s：化学反应工程1970‘s～：过程系统工程第一章数学模型——

6、建模方法例2管式反应器衡算对象——微元图1.4管式反应器化学工程发展史上的几个重要阶段1901～1920’s：工业化学→化学工程1923～1930‘s：单元操作，化工数学1940～1950‘s：传递现象，数学模拟1957～1960‘s：化学反应工程1970‘s～：过程系统工程第一章数学模型——建模方法输入输出生成速率第一章数学模型——建模方法反应器衡算方程初始与边界条件化学工程发展史上的几个重要阶段1901～1920’s：工业化学→化学工程1923～1930‘s：单元操作，化工数学1940～1950

7、‘s：传递现象，数学模拟1957～1960‘s：化学反应工程1970‘s～：过程系统工程第一章数学模型——建模方法例3催化剂颗粒衡算对象——微元，柱坐标与球坐标化学工程发展史上的几个重要阶段1901～1920’s：工业化学→化学工程1923～1930‘s：单元操作，化工数学1940～1950‘s：传递现象，数学模拟1957～1960‘s：化学反应工程1970‘s～：过程系统工程第一章数学模型——建模方法S＝0:片型颗粒S＝1:圆柱型颗粒S＝2：球形颗粒第一章数学模型——建模方法§3化工问题的数学表述

8、2.本构关系（ConstitutiveRelations)——物理量之间满足的本征结构关系热力学平衡关系动力学速率关系3.定解条件初始条件边界条件适定性问题第一章数学模型——建模方法§4无量纲化问题1.为什么要无量纲化？减少参数数目变量规一化获取问题的特征无量纲数2.如何无量纲化？选择自变量与因变量的特征尺度，将变量与方程无量纲化第一章数学模型——建模方法例1气液传质的双膜模型选择第一章数学模型——建模方法得第一章数学模型——建模方法例2管式反应器第一章数学模型——建