系统工程第6讲数学模型4.pptVIP

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？ Review of last lecture … …1.代数表达方式（系统模型之……)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 伯努利方程选择基本模型之策略●相平衡模型（组合法)●反应动力学与化学平衡●传递过程模型实验数据专用或通用计算方法基团贡献等估算方法（Note？）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. 模型自由度的实质(?)；Note… 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：压力平衡方程温度平衡方程物料衡算方程2个2个2（C-1）个n=2c+411变量数独立方程数物理意义？ (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)2.7.3 绝热闪蒸器闪蒸器Pm=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= P =P 2个L相平衡方程：y ＝kx C个ii热平衡方程：Tv= T 1个焓平衡方程： FH=VHv+LHL1个L物料平衡方程：Fzi=Vyi+Lxi C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) 2.7.4压力变化器械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减压阀（含义：给定输入流股性质和压力变化，可计算输出流股性质)m=2(c+2)+2(功, 效率=等熵绝热焓降/真实焓降)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，压缩机可计算输出流股性质) 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。 2.7.5-1 换热器（Case 1---物流）两股工流的相(教材p18） 模型假：假定器没有散失和流体力降，温度化，教材上的方法换热器K,A流股量数：（每个流股都有流量、力、温度三个独立量）特性参数： 2（数 K和A）量数： m=14力平衡方程：物料平衡方程：量衡算方程：方程：2个①2个②模型1个③1个④独立方程数：n=6模型自由度：Fr=m-n=8物理意义？ 不失普遍性……S3S2S1S4换热器K,A流股量数：4（C+2）特性参数： 2（数 K和A）量数： m=4c+10力平衡方程：p=f (p ),p=f(p ) 2个①3 1 14 2 2物料平衡方程：Fx =Fx ;Fx =Fx2C个1个②③i1量衡算方程：H1+H2=H3+H4i3i2i4模型方程：独立方程数：n=2c+41个④模型自由度：Fr=2c+6物理意义？ 2.7.5-2 换热器（Case 2---能流）F TF TF TF T1， 12， 21， 12， 2Q变量数m=2（C+2)+1方程数：n=C+2Q各组分的物料平衡 C1焓平衡1压力平衡自由度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T 则可以计算出热负荷Q。2， 2.7.6 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）：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“black box”）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×z =v×y +L×x ciiiy = β ×F×z /V ci ii热量平衡：F×H+Q=V×Hv+L×H 1lβ =(V×y )/(F×X