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第一章 绪论1

1.1 化工系统分析与模拟--化工系统工程的重要环节1

1.模拟--系统分析的有力手段1

(1) 系统、化工系统1

(2) 系统的工况特性与系统分析2

(3) 模拟3

2.化工系统的稳态模拟--“化工流程模拟”4

3.化工系统分析与模拟在化工系统工程中的地位和作用5

1.2 模拟的几个基本问题与本书线索8

1.模拟的基本环节8

(1) 核心环节8

(2) 辅助环节9

2.模拟型问题与设计型问题9

(2) 通用化工流程模拟系统10

(1) 专用化工流程模拟系统10

3.化工流程模拟系统10

a.CHESS11

b.FLOWTRAN12

c.ASPEN12

第二章 化工系统模型14

2.1 模型与建模14

1.基本概念14

2.模型的主要形式与建模15

(1) 三类模型15

(2) 模型的主要形式15

(3) 建模16

(4) 合理选择模型形式17

(5) 模型与模块18

2.2 模型的“方程-变量”构成与自由度分析18

1.系统模型方程的分类19

(1) 单元模型方程的分类20

2.模型的“方程-变量”构成20

(2) 变量的分类与数目21

3.自由度分析与设计变量的选择23

(1) 自由度分析23

(2) 设计变量的选择24

(3) 设计变量的赋值29

2.3 流程结构的表述与化工系统模型31

1.流程结构的图形表述与矩阵表述32

(1) 图形表述32

a.流程图32

b.信息流图32

c.信号流图32

(2) 矩阵表述33

c.关联矩阵34

d.邻接矩阵34

a.过程矩阵34

b.流线联系矩阵34

2.化工系统模型示例35

第三章 物性数据库38

3.1 基本任务与要求38

1.概说38

2.化工流程模拟系统中的物性数据库38

3.2 典型示例说明40

1.专用化工流程模拟系统中物性数据的处理方式40

2.通用化工流程模拟系统的物性数据库41

(1) 基本物料41

(2) 物性数据与模块设置41

(3) 物性模型与特性参数42

(4) 用户另行补充物料的方式44

3.物性数据库的新进展45

4.1 基本概念47

1.方程的两种表达表式47

(1) 隐式的和显式的表达形式47

第四章 代数方程组解法47

(2) 两种表达形式的相互转换48

2.单变量方程基本解法51

(1) 迭代法基本概念51

(2) 隐式迭代基本方法53

a.牛顿法53

b.割线法55

(3) 湿式迭代基本方法56

a.直接迭代法56

b.部分迭代法58

(a) 韦格施坦法--显式迭代形式的割线法60

c.韦格施坦法60

(b) 韦格施坦法的加界与间歇应用61

(4) 其他解法62

a.直线线性化法62

b.区间对分法65

3.线性方程组基本解法65

(1) 消去法66

(2) 迭代法67

(3) LU分解法71

(4) 稀疏方程组73

4.2 非线方程组解法75

1.迭代法--应用广泛的一类方法75

2.牛顿-拉夫森法77

3.直接迭代法与部分迭代法80

(1) 韦格施坦法82

4.韦格施坦法与割线法82

(2) 割线法83

5.拟牛顿法--基本概念83

6.布洛伊顿法84

7.广义割线法87

8.优势特征值法91

9.直接线性化法94

10.切割法96

4.3 与方程组求解有关的几个问题99

1.方程组求解与最优化方法99

(1) 收敛判据与最小平方和目标函数99

(2) 最优化方法用于确定阻尼因子100

(3) 最优化方法直接用于方程组求解100

a.最小二乘法101

b.马夸特法101

2.参数估值问题102

3.关于方程组解法的改进与新方法的探求104

4.化工流程模拟中的方程组求解问题104

第五章 化工单元操作模拟基本方法107

5.1 平衡闪蒸107

1.建模与闪蒸类型107

2.解法110

(1) 传统解法112

(2) 解法的改进114

a.改进解法1114

b.改进解法2114

c.关于解法的进一步改进115

3.闪蒸模块的灵活应用116

(1) 确定物流的焓和相态116

(2) 确定泡点、露点温度116

5.2 管网中的流量分配118

1.模型118

(3) 精馏塔计算118

2.解法119

(1) m次拟齐次方程组的新解法119

(2) 线性方程-拟齐次方程混合方程组120

5.3 化工单元操作的线性模型121

1.通式与变换矩阵121

2.换热122

3.混合122

4.分流123

5.分离123

6.化学反应124

(一) 单一反应124

a.利用转化率建立线性模型124

b.反应深度--定义与应用126

(2) 复合反应127

第六章 化工流程模拟基本方法130

6.1 序贯模块法130

1.基本概念130

2.再循环单元组与流程的分块131

3.再循环回路的切割与收敛块132

4.设计型问题处理法与控制块134

5.序贯模块法中方程组解法的应用135

(1) 收敛块135

(2) 控制块136

6.序贯模块法的缺点与问题138

6.2 联立方程法与联立模块法139

1.联立方程法139

2.联立模块法141

(1) 图与有向图144

1.基本概念144

7.1 有向图144

第七章 系统分解144

(2) 结点间的关系145

(3) 通路与回路145

(4) 循环图与非循环图146

(5) 最大回路146

2.有向图的矩阵表述146

7.2 流程分解146

1.分块146

(1) 单元串搜索法147

(2) 回路搜索法148

(3) 可及矩阵法150

a.邻接矩阵的幂及其意义150

b.可及矩阵152

c.可及矩阵法153

(a) 逻辑矩阵乘法的简化作法154

d.作法的改进154

(b) 计算Rn的简单公式155

(c) 可及矩阵R以及矩阵W的代替形式155

(4) 关于流程分块的其他方法156

2.切割156

(1) 回路矩阵法157

(2) 信号流图法159

(3) 基本切割算法161

a.切割理论162

(a) 最小覆盖问题162

(b) 回路矩阵的简化164

i.行优势164

ii.列优势165

iii.必选列165

b.切割理论在信号流图上的应用166

iv.双向线回路166

(a) 不合格结点167

(b) 必选结点167

c.切割理论在邻接矩阵上的应用167

d.BTA程序167

3.关于流程分解的新进展168

7.3 方程组分解168

1.不相关子方程组的识别169

2.分块170

(1) 输出变量集171

(2) 输出变量集的寻求172

(3) 有向图的构成和结点串搜索法173

(4) 邻接矩阵的构成和回路搜索法、可及矩阵法174

3.切割175

5.设计变量的选择176

4.关于方程组分解的新见解176

(1) 变量、方程剔除法177

(2) 添补方程分块法178

第八章 化工流程模拟的信号流图法181

8.1 求解线性方程组信号流图法181

1.基本概念181

(1) 基本定义181

(2) 基本规定182

2.由方程组构成信号流图182

3.信号流图的简化183

(1) 图的简化规则183

a.并列加法规则183

b.串列乘法规则183

c.自环消除规则184

d.支路移动规则184

e.结点移动与消除规则184

(2) 图的简化示例185

4.方程组求解示例186

8.2 广义信号流图187

1.基本概念187

2.图的简化188

8.3 化工流程模拟的信号流图法189

1.化工流程的信号流图表达189

2.氨合成流程物料衡算示例190

8.4 关于信号流图法的编程问题192

第九章 热力学第二定律分析195

9.1 基础知识195

1.可用能195

(1) 热能中的可用能部分195

(2) 作为物性参数的可用能197

a.适用于封闭系统场合的可用能197

b.适用于流通系统场合的可用能199

d.广义的可用能--？200

c.可有能函数200

e.焓和熵的参考态问题201

2.损失功201

3.热力学效率203

9.2 热力学第二定律分析示例206

附录1 熵的简化计算207

附录2 关于热力学第二定律分析适用性的判据208

第十章 化工流程模拟新进展210

10.1 联立模块法的再认识210

1.联立模块法的新格局210

2.三种求解方式211

3.加深对联立模块法的理解214

(1) 联立模块法与联立方程法的本质区别214

(2) 联立模块法与序贯模块法在设计型问题上的一点差异215

10.2 化工流程最优化问题216