CAD仿真技术在化工过程装备中的应用.docVIP

CAD仿真技术在化工过程装备中的应用摘要:简述了技术的内涵、关键技术及应用现状。在分析化工过程装备特点基础上,对过程装备技术平台的体系结构进行了探讨,以典型过程装备螺旋片导流式气液分离器为例,对其数字化建模方法、数值仿真技术、虚拟设计和制造环境进行了研究。初步结果表明:以设计为中心的技术的应用,可以有效地减少产品开发的时间和成本,提高产品质量。关键词:;数字化;数值仿真;化工过程装备当今制造业正朝着柔性化、集成当今制造业正朝着柔性化、集成化、信息化和智能化的方向发展,先进制造技术和先进制造模式不断产生。尽管的出现只有短短的几十年时间,但它对制造业的革命性的影响却很快地显示了出来。 化工过程装备在国民经济建设中占有显著的地位。在化工生产过程中,为了实现不同的物理化学的反应,工艺过程常常千变万化,要求过程装备的服役条件千差万别,这就决定了化工过程装备具有多样性、复杂性、快速响应的特点。因此将技术应用到化工过程装备设计和制造中,可以改进传统的落后生产方式,提高生产效率,提高产品的市场竞争能力。为此,针对化工过程装备的具体特点,对过程装备的技术进行初步分析和研究。 1概述 1.1技术的内涵 技术是一1.2系统仿真技术的模型 物理仿真 物理仿真是用一套与真实系统有相似物理属性的物理系统作为模型，并在该模型上进行试验。物理仿真的优点直观形象，能观察到难以用数学方法描述的系统特性。 数学仿真 数学仿真也称计算机仿真，是指用数学模型来描述实际实际系统，并在计算机上构造出仿真模型，然后在计算机上模拟运行，对模型进行试验。 数学-物理仿真 数学-物理仿真是针对复杂系统，把计算机仿真软件模型和物理模型结合起来进行试验。 1.3模型与数字仿真方法 模型是对系统某些本质方面的描述，它是对相应的真实对象和真实系统中那些有用和令人感兴趣特性的抽象化。建立模型并不是“原型的复现”，而是根据仿真目的和侧重点，寻找一个便于系统研究的模型。在选择模型结构时，要以最能方便的达到系统研究的目的为前提。 建模原则：相似性，清晰性，切题性，精密性，可辨识性。 建模的一般方法：演绎法，归纳法，演绎和归纳结合。 1.4工程中常用的数学模型 工程系统中通常可以用数字方程来描述，通常可以分为三大类：用微分方程描述的狭义连续系统；用差分方程描述的离散系统；用微分方程和差分方程联合描述的采样数据系统。 1.5数字仿真方法 有两类数字仿真方法：一类是求解狭义连续系统的数值积分法，另一类是建立在离散型相似基础上的模型变换法。 1.6仿真技术的类型 产品形态仿真；装配关系仿真；设备布置仿真；运动学仿真；动力学仿真；零件工艺仿真；加工过程仿真；生产过程仿真。 2 化工过程装备 在化工过程装备中的应用随着经济改革的深入,我国的制造业正在由传统型向现代型过渡。其制造系统还存在着以下问题:系统投资较大、周期较长,难以评估效益及风险;开发新产品,无法有效预测其开发价值、所得效益及风险;不能确实有效地协调设计与制造各阶段的关系,得到企业整体全局最优效益。这些特点尤其在化工过程装备制造系统中表现明显。可以解决以上存在的问题,且符合化工过程装备特点要求。 2.1 化工过程装备的特点 化工过程装备的特点是由过程工艺所决定的,为了实现不同的物理化学反应,工艺过程常常千变万化,因此过程装备的工艺性很强;其次,过程装备趋向于单系列化,其规模趋向于大型化,要求更长的运行周期,对过程装备的长期可靠性提出了极高的要求。另外,过程装备的服役条件千差万别:有高温、低温、深冷;有超高压、高压、中压、低压、真空等;有气、液、固三相之不同;有强酸、强碱、剧毒、易燃、易爆等,这些工艺特点决定了化工产品开发周期长和设计效率低的问题。此外,化工产品一次建成投资大,设备大多要求可重用;产品非标准件多,单独设计、改造任务繁重;制造加工过程具有很强的综合性,还包括大量焊接制造;行业法规性较强。由以上分析表明,多样性、复杂性和实现快速响应是化工过程装备的主要特点。因此,在运用先进制造技术实现快速、高效的设计、制造、生产过程时,必须要响应过程装备的特点要求。 3 螺旋片导流式气液分离器 螺旋片导流式气液分离器是一种高效、典型的过程装备,主要用于空气干燥和净化等领域。螺旋片导流式气液分离器的主要工作原理是:以一定压力从切向入口处进入分离器内的含水空气,沿螺旋导流片产生强烈的旋转运动,由于两项存在密度差,所受的离心力、向心浮力和流体曳力的大小不同,从而达到以较低压力降,高效率分离空气中的水。分离后的气体经内筒由顶部出口排出;液体则从底部排液孔释放。其结构和流动过程均比较复杂,影响压力降和分离效率的因素很多,目前还没有一种完整、易行、高效的分析设计方法,而对其在虚拟现实环境中进行数值仿真则是一种可行的办法。其设计制造系统如图所示。