基于面向?qū)ο蟮臒崃黧w系統(tǒng)建模方法及應用研究.pdf

1、熱流體系統(tǒng)廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活,深深影響人類活動,歷經(jīng)經(jīng)驗結(jié)合實驗的方法之后,仿真技術已逐漸成為熱流體系統(tǒng)的重要設計手段之一?，F(xiàn)行的熱流體系統(tǒng)仿真平臺存在模型不對用戶開放、同一平臺模型僅限于設備模型級別的重用、不同平臺之間模型難以共享,同時通用仿真平臺由于采用顯示狀態(tài)空間描述模型難以保持熱流體系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)。針對以上熱流體系統(tǒng)建模仿真現(xiàn)存的問題,在國家973計劃項目、863計劃項目以及自然科學基金項目的支撐下,本文基于多領域統(tǒng)一面

2、向?qū)ο蠼７抡婕夹g,針對基礎熱流體系統(tǒng)、相變引起能量傳遞的兩相平衡系統(tǒng)以及一維分布參數(shù)熱流體系統(tǒng)等主題,圍繞熱流體系統(tǒng)的模型抽象、模型非因果表達、模型重用等關鍵技術,對熱流體系統(tǒng)模型建立方法和模型庫框架構(gòu)建開展了深入研究,主要包括以下幾個方面工作。
　　以多領域統(tǒng)一面向?qū)ο蠼ＵZ言Modelica為例,詳細分析了面向?qū)ο蠼７抡娴脑砑凹夹g特征,結(jié)合熱流體系統(tǒng)本身的特點,探索了基于面向?qū)ο蠹夹g的熱流體系統(tǒng)分解和層次遞進構(gòu)建方法,繼

3、而研究熱流體系統(tǒng)模型的非因果表達和重用機制,提出了熱流體系統(tǒng)設備模型與工質(zhì)模型的解耦機制,以上成果提供了熱流體系統(tǒng)模型的建立方法和原則。
　　探索了基礎熱流體模型庫的建立方法,并制定了基礎熱流體模型的框架結(jié)構(gòu),將模型庫分為連接器層、基礎物理層、元件抽象層和元件層,詳細論述了此四個層次模型的抽象過程和實現(xiàn),進而構(gòu)建了基礎熱流體模型庫,涵蓋了熱流體系統(tǒng)最為常用的基礎組件:物理現(xiàn)象模型、傳熱和流體傳輸修正方程、管道、泵類、閥類、換熱類等

4、。并以車用發(fā)動機冷卻系統(tǒng)為例,展示基于該模型庫的行業(yè)專用模型庫構(gòu)建方法和工程價值。
　　研究了精餾系統(tǒng)模型的構(gòu)建方法,提出了精餾系統(tǒng)設備模型和混合物工質(zhì)模型的解耦建模和耦合建模機制。針對精餾系統(tǒng)中工質(zhì)模型預測方法以及混合規(guī)則眾多、混合物種類繁多的問題,提出了精餾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次遞進的建模方法,建立了完整的精餾工質(zhì)模型框架,將工質(zhì)模型分為三個層次:基礎層、方法層、實例層,實現(xiàn)了相平衡預測方法跟混合物組分信息、混合規(guī)則的分離,可使各層模型

5、得到最大化的重用,非常便于新模型的引入。對精餾系統(tǒng)做了詳細的系統(tǒng)分解及論述,建立了精餾系統(tǒng)設備模型并進行了驗證工作。
　　針對偏微分方程描述的熱流體系統(tǒng),基于線上算法,研究了偏微分方程系統(tǒng)至微分代數(shù)方程組的轉(zhuǎn)換方法,詳細探究了轉(zhuǎn)換過程中的幾個關鍵問題:一維空間求解域的離散、離散節(jié)點一、二階導數(shù)差分表達、邊界條件的處理,實現(xiàn)了由偏微分方程描述和微分代數(shù)方程描述的熱流體系統(tǒng)的統(tǒng)一建模,以便利用Modelica進行模型描述和求解。并以人