催化裂化过程动态模型及仿真──Ⅰ．过程动态模型

催化裂化过程动态仿真系统的开发是实施过程行为分析、过程控制和优化的关键。基于物料衡算、热量衡算和反应动力学建立的催化裂化过程动态模型是具有非线性、分布参数的模型形式。虽然一组偏微分方程可为系统的动态行为提供严格的数学描述，但这种模型结构并不适宜于系统的动态特性分析，故采用对空间离散化的分段处理方法把模型转化为非线性的集中参数模型。为便于过程的仿真研究，应用现代控制论中的状态空间法把非线性模型线性化以得到催化裂化这一高维、非线性、强耦合、时变、分布参数，且带有时延和不确定性过程的简化的九阶状态空间模型。     

催经裂化过程动态模型及仿真：I.过程动态模型

催化裂化过程动态仿真系统的开发是实施过程分析，过程控制和优化的关键。基于物料衡算，热量衡算和反应动力学建立的催化裂化过程动态模型是具有非线性，分布参数的模型形式。虽然一组偏微分方程可为系统的动态为提供严格的数学描述，但这种模型结构并不适宜于系统的动态特性分析，故采用对空间离散化的分段处理方法把模型转化为非线性的集中参数模型。为便于过程的仿真研究，应用现代控制论中的状态空间法把非线性模型线性化以得到     

管内不可压缩流体动态传送模型的简化

通过复频域分析，从理论上提出了一种建立输送管内不可压缩流体动态传送简化模型的方法。仿真结果表明，用本文提出的简化模型能较好地逼近基于偏微分方程的严格模型，且结构简单易于应用。在催化裂装置主分馏塔顶部模型的应用结果表明，本方法是可行的。     

原油常压蒸馏塔非平衡级模型的建立与仿真

针对原油蒸馏塔在各塔板上不可能达到相平衡的特点 ,直接应用传质和传热理论 ,建立了原油常压蒸馏塔的非平衡级动态数学模型。基于简化的动态数学模型 ,进行了仿真研究。仿真结果表明 ,所建模型基本能够反映原油蒸馏塔的实际特性 ,与理论分析基本吻合。另外探讨了基于模型的柴油凝点的在线计算方法 ,计算结果可以作为操作参考。     

钻机起升系统动态特性仿真模型初步研究

为了深入了解钻机起升系统的动态特性,缩短钻机起升设备的研制周期,节约试验成本,应用机械系统动力学自动分析软件ADAMS建立钻机起升系统的动态特性仿真模型.在建模过程中,对钢丝绳进行离散化处理,只要改变模型中的参数就可以对不同起升工况下的动态特性进行分析.与试验结果进行比较,验证了模型的可行性.     

抗反冲阀内部流场及关断特性的数值模拟分析

抗反冲阀是隔水管张紧系统的关键设备。对抗反冲阀的液压原理和机械结构进行了设计，并建立了三维仿真模型。利用计算流体力学有限元仿真平台，设定阀张紧液缸口边界条件为流体流量，模拟液缸运动形成的流量变化，分析了主阀口不同开度下主流道内部流场的流速和压力分布，以及主阀芯所受轴向液动力的变化情况。将仿真分析数据和结果应用到以抗反冲阀测试系统为基础，建立抗反冲阀动态仿真模型，进一步分析了阀的动态关断特性。仿真结果表明：该阀的内部流场静态性能优良，主阀芯动态关断响应迅速，满足设计要求。研究结果可为抗反冲阀的国产化设计制造提供参考。     

换热器动态模型的简化

通过频域分析，从理论上提出了一种建立管壳式换热器简化模型的方法。与基于偏微分方程的严格模型相比较，其仿真结果说明，用提出的方法所建立的简化模型，能较好地逼近严格模型，且结构简单、易于应用。在催化裂化装置主分馏塔外循环取热系统上的应用表明了这一方法是切实可行的。     

液压定位控制器的系统辨识

文章对液压定位控制器的系统工作特性进行了“黑箱”系统辨识研究，分析了液压定位控制器在弹性载荷条件下的动态响应特性，并对辨识模型进行了仿真验证，取得了比较理想的结果。     

水压试验机增压器动态性能仿真研究

为了获取水压试验机增压器动态压力响应特性,为增压器现场应用提供参考,介绍了增压器组成、工作原理,利用ITI-SimulationX仿真软件建立了增压器仿真模型并进行了参数设置,通过设置仿真模型增压器增压过程实时泄漏量,对增压器控制策略可行性进行了验证,同时通过实际生产对仿真结果进行了验证。验证结果显示,仿真试验曲线与实际测量曲线吻合较好,增压器泄漏量变化时,增压缸水腔压力基本保持恒定。研究表明,增压器动态性能仿真模型参数设置合理,控制策略可行,可有效改善系统动态性能。     

燃气管网动态仿真的研究及应用

研究和了解燃气在管道中的流动，是进行燃气管网系统优化和提高管网输运系统安全性的前提和基础。以流体力学三大守恒方程为基础，建立了等温和非等温条件下的燃气管网稳态和动态仿真理论模型。以有限差分法为基础，得到了上述模型的求解方法，并加入了耗散项，提高了求解方法的稳定性。通过增加初始点和延长出口点的方法，简化了模型的求解。通过在北京六环天然气管网中的初步应用，分别得到了与实际值综合相对误差为1.21％和2.62％的压力和流量仿真值，从而验证了模型及求解方法的可靠性。     

网格划分对喷雾造粒塔数值模拟精度的影响

为了研究网格模型简化形式和网格分块策略对模拟精度的影响,对喷雾造粒塔进行了多组网格划分并将数值模拟结果与实验结果进行了对比。结果表明：采用简化的网格模型得到的模拟结果无论是数值大小还是变化趋势与实验结果偏差较大;采用无简化喷嘴网格模型(喷嘴出口网格垂直映射)得到的模拟结果有所改善,而建模时考虑了射流方向和物理耗散的无简化喷嘴网格模型得到的模拟结果效果最佳。因此在网格模型简化后需要对模拟结果进行对比验证,而且不能忽视网格分块策略对模拟精度的影响。     

XJ250修井机液压盘式刹车液压控制系统仿真分析

以XJ250修井机液压盘式刹车的液压控制系统为研究对象,通过分析液压盘式刹车的液压控制系统结构,建立了基于全局流量与液压缸活塞运动方程的数学模型;构建了液压控制系统的AMESim仿真模型,设置了模型参数及仿真参数。以典型的正弦曲线液压源信号及激励电磁阀信号变化仿真研究工作制动液压控制系统响应性能,以阶跃开关信号突然开启模拟分析紧急制动液压系统响应。得到了工作制动及紧急制动过程中液压控制系统主要阀口处液压动态响应曲线,仿真结果与实际运行情况相符。该仿真分析为修井机液压盘式刹车液压控制系统性能的改进与完善提供了参考。     

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本文介绍了树枝状系统输气干线不稳定工况的简化数学模型及相应的定解问题,并给出了四种定解问题的一般解析表达式。应用所获得的解析式,以三角插值函数作为边界情况,通过计算机对某干线进行了实际模拟。结果表明,对于长距离输气干线完全可用简化模型的解。     

配风对管式加热炉内流动和燃烧过程影响的数值模拟

The tubular furnace is one type of heating equipmentused widely in petroleum chemistry, oil refining andchemical engineering. Flame and flue gas with hightemperatures produced by combusted gas or liquid fuelin the chamber will heat the fluid flowing withi…     

液化天然气气化站中BOG压缩机运行的动态模拟与优化

基于LNG储罐动态模拟提出了一个BOG压缩过程的优化运行方案的算法。该算法采用了经验蒸发率模型来预测BOG（蒸发气）的产量,用MILP公式来分配BOG压缩机的负荷。最后,运用一个动态模拟软件进行安全分析。为提高精度,运用含有PR状态方程的AspenDynamics软件代替了以往应用的简化动态模型。通过对LNG储罐压力的动态模拟,得到当BOG压缩机正常运行时,在安全压力范围内的波动值。该算法优于一般流程中运用的算法,并且更加安全和节能。     

基于钻井数据反演的牙轮钻头与岩石互作用仿真

通过建立牙齿的简化破碎坑模型和牙齿微面上的受力模型来模拟牙轮钻头与岩石的互作用,由破碎坑半锥角θ和力-压入系数k共同反映钻头结构、钻井参数以及岩石性质等因素的综合影响。根据现场钻井数据,采用误差梯度下降算法结合计算机仿真技术来反演这2个模型的参数值,并使用反演得到的参数值,进行钻进过程的计算机仿真致效,所得钻头的仿真钻进曲线和机械钻速与实际钻井十分吻合。研究结果表明,基于钻井数据反演的牙轮钻头与岩石互作用仿真方法,可以通过相对简单的模型求得更加准确的结果。     

损伤对爆生气体作用下孔壁岩石开裂规律的影响

在准静态假设条件下，应用有限元计算软件ANSYS9．0对爆生气体作用于水泥试样中心孔的冲击开裂现象进行了数值模拟研究。根据数值模拟计算结果，分析了初始损伤（宏观微裂纹）的存在对爆生气体作用下孔壁岩石开裂规律的影响，总结出了在爆生气体作用下柱孔孔壁上周向应力分布及裂纹生成扩展的基本规律。在简化模型基础上进行的计算，可以解释柱孔开裂实验中不可能出现一条裂纹的现象。计算结果与实验结果对比分析说明，所建立的计算模型是合理的，基于断裂理论的裂纹面附加拉应力的假设能够反映实际现象。     

气侵过程井筒压力演变规律实验和模型

储层钻进时,由于地层压力预测不准造成地层气体侵入井筒,形成不稳定气-液两相流并导致井筒内压力剧烈变化,产生巨大的井控风险.为了揭示气侵过程井筒压力的演变规律,利用大型实验架进行了可视化模拟实验,测量气侵过程井筒压力变化,观察管内流动物理特征.将该过程简化为液体循环条件下垂直同心环形管管底连续注气过程,并基于非稳态流动理论和漂移模型建立了井筒气-液两相流动瞬态预测模型.该模型具有跟踪气-液界面等流动参数的功能,可采用半隐式有限差分法数值求解.实验数据分析表明:随着管底开始注气,管内压力先增大再减小;管路下部比上部先达到压力峰值,压力波动程度随着管深的增加而减小.模型数值仿真结果与实验数据吻合程度较高,证明了模型可用于预测气侵过程井筒流体瞬态流动特征.研究成果深化了对气侵过程井筒压力演变规律的认识,丰富了复杂工况钻井的水力学模型.