本發(fā)明涉及一種適用于過(guò)程系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬的流體網(wǎng)絡(luò)求解方法。適用于化工過(guò)程動(dòng)態(tài)模擬領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

化工過(guò)程動(dòng)態(tài)模擬軟件已廣泛用于培訓(xùn)工人的模擬培訓(xùn)器中，其中一個(gè)重要部分是流量壓力求解器，流量壓力求解器的目的是求解化工流程中流體網(wǎng)的流量和壓力的分布。

清華大學(xué)開(kāi)發(fā)的流體網(wǎng)計(jì)算軟件flownet采用方程組法求解，但是，該解法的計(jì)算量還是較大，而且很難徹底解決迭代收斂的問(wèn)題，也常會(huì)出現(xiàn)“死網(wǎng)”的問(wèn)題。

近年也有學(xué)者提出將流體網(wǎng)分為氣相網(wǎng)和液相網(wǎng)來(lái)求解，這種解法計(jì)算穩(wěn)定且高效，廣泛應(yīng)用于很多流程模擬器中。該解法將流體網(wǎng)拆分為氣相網(wǎng)和液相網(wǎng)，導(dǎo)致建模工作量較大，不能直接處理氣液混相的流動(dòng)類型。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提供一種穩(wěn)定、高效，且能直接處理化工過(guò)程中各種流動(dòng)類型的適用于過(guò)程系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬的流體網(wǎng)絡(luò)求解方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種適用于過(guò)程系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬的流體網(wǎng)絡(luò)求解方法，流體網(wǎng)由若干設(shè)備模塊組成，其特征在于：

獲取流體網(wǎng)中各設(shè)備模塊對(duì)應(yīng)的方程組，所述設(shè)備模塊分為流動(dòng)設(shè)備和壓力節(jié)點(diǎn)設(shè)備，流動(dòng)設(shè)備對(duì)應(yīng)流動(dòng)設(shè)備方程組和各壓力節(jié)點(diǎn)設(shè)備對(duì)應(yīng)壓力節(jié)點(diǎn)設(shè)備方程組；聯(lián)立從流體網(wǎng)中的各設(shè)備模塊獲取的方程組，解出所有變量的值；

所述流動(dòng)設(shè)備方程組由流動(dòng)方程、壓力平衡方程和流量平衡方程組成，其中流動(dòng)方程為flow為質(zhì)量流量，k為導(dǎo)通系數(shù)，δp為設(shè)備前后壓差；

所述壓力節(jié)點(diǎn)設(shè)備方程組由體積平衡方程、壓力平衡方程及流量平衡方程組成，其中體積平衡方程為v＝f(flow,h,p,t)，其中v為壓力節(jié)點(diǎn)設(shè)備的容積，flow為質(zhì)量流量，h為持液量，p為壓力節(jié)點(diǎn)設(shè)備內(nèi)部壓力，t為壓力節(jié)點(diǎn)設(shè)備內(nèi)部溫度。

在動(dòng)態(tài)模擬中每一輪都聯(lián)立從流體網(wǎng)中的各設(shè)備模塊獲取的方程組求解，求解完成后采用序貫?zāi)K法對(duì)設(shè)備模塊進(jìn)行質(zhì)量衡算和能量衡算。

所述流動(dòng)設(shè)備包括閥門、換熱器、泵、壓縮機(jī)、過(guò)濾器；所述壓力節(jié)點(diǎn)設(shè)備包括塔罐、反應(yīng)器、混合器。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明不用區(qū)分氣相網(wǎng)和液相網(wǎng)，計(jì)算穩(wěn)定、高效，能直接處理化工過(guò)程中的各種流動(dòng)類型。流體網(wǎng)中設(shè)備分為流動(dòng)設(shè)備和壓力節(jié)點(diǎn)設(shè)備，流體網(wǎng)中的方程由流體網(wǎng)中相應(yīng)的流動(dòng)設(shè)備和壓力節(jié)點(diǎn)設(shè)備提供，求解思路清晰。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例的工藝流程圖。

具體實(shí)施方式

流體網(wǎng)由若干設(shè)備模塊組成，每個(gè)設(shè)備模塊都需要向流動(dòng)網(wǎng)注冊(cè)與其自身對(duì)應(yīng)的方程組，設(shè)備模塊分為兩種類型：一種是流動(dòng)設(shè)備(閥門、換熱器、泵、壓縮機(jī)、過(guò)濾器等)、一種是壓力節(jié)點(diǎn)設(shè)備(各種塔罐、反應(yīng)器、混合器等)。

流動(dòng)設(shè)備對(duì)應(yīng)流動(dòng)設(shè)備方程組，流動(dòng)設(shè)備方程組包括流動(dòng)方程、壓力平衡方程和流量平衡方程，其中流動(dòng)方程為

其中flow為質(zhì)量流量，k為導(dǎo)通系數(shù)，δp為設(shè)備前后壓差。

壓力節(jié)點(diǎn)設(shè)備對(duì)應(yīng)壓力節(jié)點(diǎn)設(shè)備方程組，壓力節(jié)點(diǎn)設(shè)備方程組包括體積平衡方程、壓力平衡方程及流量平衡方程，其中體積平衡方程為

v＝f(flow,h,p,t)

其中v為壓力節(jié)點(diǎn)設(shè)備的容積，flow為質(zhì)量流量，h為持液量，p為壓力節(jié)點(diǎn)設(shè)備內(nèi)部壓力，t為壓力節(jié)點(diǎn)設(shè)備內(nèi)部溫度。

如圖1所示，本實(shí)施例中流體網(wǎng)具有分離塔v100、混合器mix-100和閥vlv-100、vlv-101、vlv-102。

其中分離塔v100對(duì)應(yīng)的方程組包括體積平衡方程和壓力平衡方程，分離塔v100的體積平衡方程為

v＝f(flow,h,ph,t)

為了方便計(jì)算將分離塔v100的體積平衡方程變成如下形式：

其中ph為分離塔v100內(nèi)部的壓力，t為分離塔v100內(nèi)部的溫度，h為分離塔v100中物料量，flows為進(jìn)出分離塔v100的流股流量(f2，f3和f5)。

分離塔v100的壓力平衡方程為

ph＝p2＝p3＝p5

閥vlv-100、vlv-101和vlv-102對(duì)應(yīng)的方程組包括流動(dòng)方程和流量平衡方程，閥vlv-100、vlv-101和vlv-102對(duì)應(yīng)流動(dòng)方程分別為

閥vlv-100、vlv-101和vlv-102對(duì)應(yīng)流量平衡方程分別為

f1＝f2

f3＝f4

f7＝f8。

本實(shí)施例中混合器mix-100對(duì)應(yīng)的方程組包括壓力平衡方程和流量平衡方程，其中混合器mix-100對(duì)應(yīng)的壓力平衡方程為

p5＝p6＝p7。

混合器mix-100對(duì)應(yīng)的流量平衡方程為

f7＝f5+f6。

本例中p1＝600kpa，p4＝101.325kpa，p8＝101.325kpa。

本實(shí)施例中fn(n＝1，2，3…)以及pn(n＝1，2，3…)分別表示與圖1中相應(yīng)數(shù)字對(duì)應(yīng)部位的質(zhì)量流量和壓力，如p1對(duì)應(yīng)閥vlv-100進(jìn)口壓力。

本實(shí)施例的求解方法如下：

獲取該流體網(wǎng)中分離塔v100、混合器mix-100和閥vlv-100、vlv-101、vlv-102對(duì)應(yīng)的方程和流量壓力變量，聯(lián)立方程求解所有變量的值：

f(2)＝ph-p2

f(3)＝ph-p3

f(4)＝ph-p5

f(8)＝f1-f2

f(9)＝f3-f4

f(10)＝f7-f8

f(11)＝p5-p6

f(12)＝p5-p7

f(13)＝f7-f5-f6

f(14)＝p1-600

f(15)＝p4-101.325

f(16)＝p8-101.325。

在動(dòng)態(tài)模擬中每一輪都需要聯(lián)立求解流量壓力網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)求解完成后采用序貫?zāi)K法對(duì)單元操作模塊進(jìn)行質(zhì)量衡算和能量衡算。