化工传热过程的计算机模拟

第１６卷第１期　淮南矿业学院学报　Ｖ０１．１６№．１　１９９６年３月　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＨＵＡＩＮＡＮ　ＭＩＮＩＮＧ　ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ　ＤＥＣ．１９９６　一　化工传热过程的计算机模拟　奎　≯／　Ａ　（化学工程系）　摘要　本文以持热过程为倒胡明Ｔ计算机模扭化工过程的基本方法。　主题词　摊序谁序　分类号　ＴＰｌ５　）／一，　ｆ匕哮王锣　　，　’　引言　计　一一、　化学工程发展的早期阶段，在很大程度上是经验的　了７Ｏ年代，由于大型高速的数字计算机的出现，化学工程　广　Ｉ　一　一１　一————一——Ｊ　作为一门科学其发展进程得到了加速。７Ｏ年代初，相继出　ｉ　现了几种全流程模拟程序包。这些程序允许工程师在计算　ｌ】　ＩｌＩｆ　Ｉ　机上对复杂的流程建立模型，并模拟过程的不同阶段许多　单元操作之间的相互影响。这时可用流程模拟技术将过程　当作一个整体来进行设计。随着化学工程和计算机的发展，　时至今日，不管是过程设计、过程的研究和开发、系统工程、　计划、规化，还是工程或工厂操作和控制，都逐渐要求工程　师具有建立数学模型和模拟的能力，为此本文阐述了模拟　系统，并以传热过程为倒说明计算机化工模拟过程的基本　方法。　１　～————　——一　２模拟系统　Ｌ　！　～　图１模拟步骤框图　模拟就是用数学模型对系统状态进行描述。而数学模　型是为了说明系统或子系统某一方面性能的一组方程式（代数的、微分的或偏微分的）。　模拟中所涉及的步骤如图１所示。模拟系统的基本组成如图２。模拟系统的结构基本上有　五部分组成：　・宋硗敏：女：讲师・专门从事化学工程方面的研究与教学　邮编：２３２００１　收稿日期　９４一ｏ３—２８　维普资讯 http://www.cqvip.com

宋晓敏　化工传热过程的计算机模拟　４ｉ　（１）输入　（２）预处理一一包括以面向步骤的语言方　式，编译主程序，装入模拟所需的全部模块　（ｍｏｄｕｌｅ），将主程序和全部子程序连接，并在执　行前授于贮存空间。　（３）计算　（４）输出　（５）后处理——包括费用估计和经济分析。　模拟系统的核心是控制计算顺序的执行程　序。过程模拟有效的模拟系统几乎全用　ＦＯＲＴＲＡＮ编码。　图２模拟程序的组成　３传热过程的计算机模拟　在化学工业中，过程换热是关键，　由于用在工业范围内的换热设备多种　多样，因此其计算也是多种多样的，经　常是很复杂的，但总体上可把其计算　分为两种类型：　（：　设计计算：在这种计算里，需　要决定设备的几何尺寸，以满足换热　负荷．一般存在几种不同的方案，可借　助某些优化技术使工作量变得最少。　其计算机解算过程见图３。　（２）性能计算：在这种计算里，换　热器的几何形状与一些流股参数均已　被规定，过程变量主要有六个：热流股　的流率　及进出口温度，ｒ】、？　；冷流　图３化工设计计算问题的计算机解算过程　股的流率ｗ　及进出口温度　、　。如　果规定了所有六个变量，则可检验能量是否平衡　在能量很不平衡的情况下（超过１０　），　可用热流体的热负荷进行计算。如果给出任何五个变量，用能量平衡可确定第六个变量。　在这两种情况下，均需计算传热面积Ａ，并将它与实际传热面积相比较，以确定趣出　计　面积的程度或设计面积不足的程度。如果只规定四个变量，则用迭代法来同时满足能量平　衡和传热计算。图４是说明性能计算的过程框图　４换热器性能计算举例　用计算机计算１—２壳管式换热器的平均传热温度差△￡　。　维普资讯 http://www.cqvip.com

４２　淮南矿业学院学报　１９９６年１６卷第１期　数学模型：　血　一　・△　（１）　一　（２）　）　（Ｒ一１）　ｒｚ二　］　２一Ｐ（Ｒ＋１）＋，／　＋１　（３）　计算机框图如图５所示。　若已知数据ｔ７１—１４Ｏ℃，７’２—４０＂Ｃ，　ｔ１＝３０℃，屯一４０℃，管程数一２。　经计算机计算得结果：△　一３２．４＂Ｃ。　５结束语　计算机不仅可以模拟换热器的设计计　算和性能计算，还可模拟化工原理实验操　作。现已开发出“化工原理ＣＡＩ系统”的教　图４换热器性能计算流程图　学软件。计算机进行化工原理模拟实验，是　用模型来类比原型的功　能．通过对模型的操作就　可间接地分析原型的规　律，它把教学和实验结台　了起来，不仅对化工原理　课堂教学具有实际意义，　对改善教学与计算机脱节　是一大进步，也是对工艺　类工程技术人员运用计算　机进行设计和分析解决实　际问题能力的基本训练。　图５壳管式换热器平均温度差计算框图　维普资讯 http://www.cqvip.com

束晓敏　化工传热过程的计算机模拟４３　参考文献　１　Ｒ．拉曼．许锡恩等四人译．化工过程计算．北京：化学工业出版社，１９９２　、　２上海化工学院，芙律大学，浙江大学．化学工程．北京ｔ化学工业出版社，１９９２　３余国臻．化学工程辞典．北京：化学工业出版社，１９９２　４［英］ｖ．Ｇ．詹森，Ｇ．Ｖ．杰弗里斯．邰禧荣等译．化工数学方法．北京：化学工业版社，１９９０第二版　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ—ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ｏｆ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｓｏｎｇ　Ｘｉａｏｍｉｎ　Ｈｅ　Ｆｕ　（Ｄｅｐ．ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）　Ａｌ￣ｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ　ｈｅａｔ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｆｏｒ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒｅｘｐｏｕｎｄ　ｔｈｅ　ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ－ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ・　Ｓｕｂｊｅｃｔ　Ｔｅｒｍｓ：ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ｝ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　ｍｏｄｄＩ　ｍａｉｎ　ｐｒｏｇｒａｍＩ　ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍｓ￣ｈｅａｔ　ｔｒａｎｄｅｒ　（上接第３９页）　参考文献　１　Ｍ．ＧＢｅｋｋｅ￣著．吴起亚等译．越野行驶．北京　国防出版社．１９６５　２　Ｊ．Ｙ．Ｗａｎｇ．Ｔｈｅｂｒ￣ｏｆ　ｇｒｏｕｎｄ　Ｖｅｈｉｃｌｅ．Ａ　ｗｉｌｅｙ—ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ　ｐｕＮｉｃａｔｉｏｎ・Ｊｏｈｏ　Ｗｉｌｅｙ　ｓ。ｎ３・１９７８　３茆诗橙等．回归分析及其试验设计（第二版）上海：华东师大出版社，１９８３　Ｐｕｓｈ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ａｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｆｏｒ　ｂｉｇ　ｔｒａｃｋ　ｓｈｏｅ　Ｙａｎｇ　Ｃｈａｏｚｈｅｎ　Ｈｕ　Ｒｕｆｕ　（Ｎｉｎｇｂｏ　Ｃｏｌｌｅｇｅ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ａｕｔｈｏｒ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ａｎｄ　ｍｅｃｈｅｍ￣ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｉｇ　ｔｒａｃｋ　ｓｈｏｅ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｏｆ　ｂｉｇ　ｔｒａｃｋ　ｓｈｏｅ　ｔｈａｔ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ａｆｆｅｃｔｓ　ｔｈｅ　ｐｕｓｈ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ・Ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ａ　ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｔｒａｃｋ　ｓｈｏｅ・　Ｓｕｂｊｅｃｔ　ｔｅｒｍｓ：ｔｒａｃｋｅｄ　ｖｅｈｉｃｌｅ￣ｐｒｅｓｈ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ．