化工過程系統(tǒng)動態(tài)模擬與分析技術(shù)講義(編輯修改稿)
2025-01-16 21:27 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 1― 開工過程分析開工過程分析? 計算開工過程所需要的時間計算開工過程所需要的時間 ：： 從給定的初始條件出發(fā)，求模型的數(shù)值解，求取直至狀態(tài)變量的每一個分量 Ci、 T接近定常值所需要的時間，就是近似的開工時間? 研究初始條件對開工過程的影響：研究初始條件對開工過程的影響： 改變不同的初始條件，通過數(shù)值分析考察初始條件（開工條件）的不同對開工時間的影響，了解在開工過程中系統(tǒng)狀態(tài)變化的經(jīng)歷與初始條件的相互關(guān)系，從而可以幫助制訂適當?shù)拈_工方案，達到既縮短開工時間，又不致使開工過程出現(xiàn)某些工藝上不允許的溫度和濃度 應用應用 2― 動態(tài)響應的數(shù)字仿真動態(tài)響應的數(shù)字仿真? 在控制系統(tǒng)合成過程中，了解被控制對象的輸入輸出關(guān)系是最基本的需要。? 傳統(tǒng)的方法是在對象上進行實驗測試，既耗費人力物力，還可能會干擾系統(tǒng)的正常操作 . ? 利用數(shù)字仿真技術(shù)來了解對象的動態(tài)響應特性，即輸入輸出關(guān)系，就要簡單得多。步驟步驟? 建立過程系統(tǒng)的確定性動態(tài)數(shù)學模型；? 確定考察哪些通道的輸入 — 輸出關(guān)系，即確定輸入變量；? 把給定的定常狀態(tài)作為初始條件，逐一考察每一個輸入變量在設(shè)計值上下階式改變某個百分數(shù)對狀態(tài)變量（輸出）的影響。? 通常把結(jié)果表示成狀態(tài)變量瞬時值與定常值之間的偏差隨時間的變化曲線，而將輸入變量變化的百分數(shù)作為參變量 模型的數(shù)學處理與應用（模型的數(shù)學處理與應用（ ⅡⅡ ））? 系統(tǒng)的定態(tài)對應于令式（ 3－ 20）、（ 3－ 21）左端為零時，相應非線性代數(shù)方程組的解。如果有多重根，就意味著系統(tǒng)有可能出現(xiàn)多重定態(tài)? 即，在設(shè)計參數(shù)（像 V、 A等）、物性參數(shù)（ ?、 Cp等）和操作參數(shù)（ F， Ci,f,Tf等）都不變的情況下，我們可以看到不只一個定常狀態(tài)? 至于實際上看到的是哪一個定態(tài)，取決于開工條件定態(tài)的局部穩(wěn)定性定態(tài)的局部穩(wěn)定性? 定態(tài)操作只是一種理想的操作狀態(tài)。? 定態(tài)局部穩(wěn)定性，是指由瞬時小干擾引起的對定常態(tài)的偏離，在擾動因素消失后，系統(tǒng)能自動回復原始定常態(tài)。? 定態(tài)局部穩(wěn)定性在工程上是非常重要的性質(zhì)。因為，只有具有局部穩(wěn)定性的定態(tài)，系統(tǒng)的狀態(tài)始終在定常態(tài)附近小范圍內(nèi)波動，從而保證操作性能穩(wěn)定不變。? 如果在給定的定態(tài)近旁，模型常微分方程組的雅可必矩陣的所有特征值都具有負實部，則該定常態(tài)是漸近穩(wěn)定的。例：定常態(tài)穩(wěn)定性例：定常態(tài)穩(wěn)定性? 假定討論發(fā)生在 CSTR中的一個均相一級不可逆放熱反應 A→B ，反應速率可以表示為 R＝ kCA其中， 是反應速率常數(shù)， k0是指前因子， E是反應的活化能， R是通用氣體常數(shù)。? 按照上述集中參數(shù)動力學系統(tǒng)定常態(tài)局部穩(wěn)定性的一般原理，要使原始常微分方程組雅可必矩陣所有特征值都具有負實部，必需同時滿足下面兩個不等式： 其中， TS、 CA， S分別表示定常態(tài)下反應溫度和 A組分濃度定常態(tài)局部穩(wěn)定性的判據(jù)定常態(tài)局部穩(wěn)定性的判據(jù) 狀態(tài)空間狀態(tài)空間 （（ state space）） 分析分析? 狀態(tài)空間分析是一種圖解方法，可以非常直觀地了解非線性集中參數(shù)系統(tǒng)的一系列動態(tài)性質(zhì)。? 以每一個獨立變量作為一個座標軸定義的實數(shù)空間? 在這個空間內(nèi)的一個點，表示一個 狀態(tài)狀態(tài) ，或者說定義了一個狀態(tài)向量，這個點也稱為 相點相點? 相點的軌跡稱為 相軌線相軌線 ，簡稱軌線，它反映了從某個特定的初始狀態(tài)出發(fā)，狀態(tài)演變的歷史? 由眾多的軌線構(gòu)成、反映了在所關(guān)心的狀態(tài)變量變化范圍內(nèi)，系統(tǒng)所有動態(tài)學定性特征的圖形稱為 相軌線相軌線圖圖 ，簡稱相圖怎樣獲得相圖怎樣獲得相圖? 假定討論單個一級不可逆反應 A→B 的特殊情況。這時，只有一個著眼組分，設(shè)為 A? 對于任意給定的某一初始條件（ 3－ 28），利用龍格－庫塔或其它適當?shù)那蠼獬Ｎ⒎址匠探M初值問題的方法，可以得到式（ 3－ 26）、（ 3－ 27）的數(shù)值解：t 0 t1 t2 ．．． tL．．． t?CA CA,0 CA,1 CA,2 ．．． CA,L．．． CA,sT T0 T1 T2．．． TL．．． Ts其中 下標 S表示定常態(tài)（表示定常態(tài)（ Steady State））? 將 CA和 T的瞬時數(shù)據(jù)標注在相平面上并連成標注了運動方向的光滑曲線就得到一條相軌線。? 從不同的初始條件出發(fā)，仿照上述方法可以作出不同的軌線。? 由足夠多的軌線就可以繪出相平面圖。大作業(yè)? CSTR的相平面圖制作（ 5人）1. 查文獻中關(guān)于 CSTR的反應動力學2. 設(shè)計出 CSTR的動態(tài)模型3. 對模型進行數(shù)值求解（程序）4. 根據(jù)求解結(jié)果制作 CSTR的相圖5. 通過相圖對 CSTR的操作性能進行分析 精餾塔的動態(tài)特性精餾塔的動態(tài)特性? 在化工生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到一些具有相似的多級系統(tǒng)，最典型的就是多級串聯(lián)的 CSTR反應器和板式精餾塔。? 在這些過程中，通常每一級都可用一相似的一階或二階微分議程來表示，尤其當這些方程式的系數(shù)矩陣呈雙或三對角線形式排列時，它的特征解可用解析法求得，求解時可用有限差分和差分微分法? 本節(jié)以二元板式精餾塔作為研
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