面向?qū)ο蟮臒崃黧w系統(tǒng)分布參數(shù)建模研究.pdf

1、流體流動(dòng)和傳熱的物理現(xiàn)象在大自然中隨處可見，基于其原理的熱流體系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中發(fā)揮著不可替代的作用。建模仿真技術(shù)與傳統(tǒng)的理論法、實(shí)驗(yàn)法相輔相成，已經(jīng)成為熱流體系統(tǒng)研究和設(shè)計(jì)中一項(xiàng)不可或缺的支撐工具。目前，主流的熱流體系統(tǒng)建模仿真工具或不能完全支持多領(lǐng)域協(xié)同建模，或無法勝任物理建模，復(fù)雜耗時(shí)，或模型不開放，缺乏統(tǒng)一表達(dá)，重用性、擴(kuò)展性較低，或不利于知識(shí)的積累維護(hù)。Modelica是面向?qū)ο蟮耐ㄓ媒ＵZ言，已成為全球復(fù)雜多領(lǐng)域耦合

2、系統(tǒng)仿真的主流解決方案，正好能夠克服這些局限。將Modelica技術(shù)應(yīng)用于熱流體系統(tǒng)是大勢所趨，具有重要的意義。至今，Modelica不支持偏微分方程(Partial Differential Equation, PDE)的表達(dá)，也無完善的Modelica兩相流模型，這嚴(yán)重限制了Modelica在熱流體領(lǐng)域的應(yīng)用。針對上述問題，本文基于Modelica技術(shù)體系，重點(diǎn)研究面向?qū)ο蟮臒崃黧w系統(tǒng)分布參數(shù)建模的基本理論和應(yīng)用途徑，關(guān)鍵內(nèi)容如下：

3、
　　通過研究和分析熱流體系統(tǒng)的基本物理原理，重點(diǎn)推導(dǎo)出單相流和兩相流的一維流動(dòng)和傳熱過程的通用控制方程。針對Modelica的描述特點(diǎn)和數(shù)值求解特性，對控制方程進(jìn)行變換，獲得適合構(gòu)建Modelica模型的控制方程。
　　采用有限體積法(Finite Volume Method, FVM)的思想，將PDE離散和轉(zhuǎn)換為Modelica能夠直接表達(dá)的微分代數(shù)方程(Differential Algebraic Equation,

4、DAE)。提出了Modelica表達(dá)熱流體系統(tǒng)PDEs的通用方法，以Fluent模型為參考，驗(yàn)證表明此方法具有合理的有效性。
　　詳細(xì)分析Modelica建模的原理和特點(diǎn)，同時(shí)考慮熱系統(tǒng)建模本身的需求，研究面向?qū)ο笏枷?、系統(tǒng)分解原則、接口設(shè)計(jì)機(jī)制、物理細(xì)節(jié)水平的選取、方程的陳述式表達(dá)。歸納出面向?qū)ο蟮奈锢斫７椒?，為熱流體系統(tǒng)分布參數(shù)模型的設(shè)計(jì)和構(gòu)建提供指導(dǎo)原則。
　　利用Modelica設(shè)計(jì)和構(gòu)建一套兩流體模型的架構(gòu)及其基