仿真 热动力系统仿真技术 荷小龙 2004.10 vna
热动力系统仿真技术 苟小龙 2004,10
第1讲绪论 11引言 系统仿真技术是近几十年发展起来的一门综合性技术科学 为系统分析、系统设计、理论验证、人员培训等提供了一种先 鑪韁盂豎和是栓箐跫蓝券髮的认识能力,有方 ◆建模与仿真技术的发展历史,是计算机技术、信息技术的发展 用计算机 术的最新成果,使其成为具有更强 分析能力,快速渗透到各个领域,在各个领域的成功应用又 促进了系统仿真技术的发展 ◆目前,在各个工业,甚至社会科学领域,建模与仿真日益显 重要,德国科研部已把这项接术列入 点发展的关键 术 在我国航天工业 建立起装备完善的国家级仿真 对各种运载系统、发射系统、飞行器在空中的姿态及飞 幂爱皇彷贊仿真试验。在火电、核电、化工行业都有
第 1 讲 绪论 1.1 引言 系统仿真技术是近几十年发展起来的一门综合性技术科学，它 为系统分析、系统设计、理论验证、人员培训等提供了一种先 进的手段。增强了人们对客观世界内在规律的认识能力，有力 地推动了科学由定性分析向定量分析的发展。 建模与仿真技术的发展历史，是计算机技术、信息技术的发展 史。它应用计算机与信息技术的最新成果，使其成为具有更强 的分析能力，快速渗透到各个领域，在各个领域的成功应用又 促进了系统仿真技术的发展。 目前，在各个工业，甚至社会科学领域，建模与仿真日益显得 重要，德国科研部已把这项技术列入21世纪重点发展的关键技 术之一。在我国航天工业中，已建立起装备完善的国家级仿真 中心，对各种运载系统、发射系统、飞行器在空中的姿态及飞 行器本身进行精细的仿真试验。在火电、核电、化工行业都有 部级以上的仿真中心
引言(Con 可以说,建模与仿真从领域的覆盖面上已差不多包括现代社 会的各个领域,如:能源、交通、航空、航天、冶金 木等工程领域,生态、环境、人口、经济运行、金融运 作等非工程领域 ◆从纵向看,其应用的方向有: 没计阶段——参数优化,动态特性分析、控制系统配置: 业性试验阶段——放大的理论校核,并进行模型验证与完 善; 系 用仿真来提供调整的数据,避免做 大量、昂贵的有时甚至是不或能做的实验,大大缩短调试过 程,使设备及早投运; 段—提供有关系统过去、现在甚至将来的信息 以利作出正确决策,如:故障诊断、事故预报、预测性维 修、运行方式研究等等 —利用仿真模型作仿真培训装置,训练系统操作 人员和管理人员
引言(Con.) 可以说，建模与仿真从领域的覆盖面上已差不多包括现代社 会的各个领域，如：能源、交通、航空、航天、冶金、化工 、土木等工程领域，生态、环境、人口、经济运行、金融运 作等非工程领域。 从纵向看，其应用的方向有： 设计阶段──参数优化，动态特性分析、控制系统配置； 工业性试验阶段──放大的理论校核，并进行模型验证与完 善； 整个系统的调试阶段──用仿真来提供调整的数据，避免做 大量、昂贵的有时甚至是不或能做的实验，大大缩短调试过 程，使设备及早投运； 系统运行阶段──提供有关系统过去、现在甚至将来的信息 ，以利作出正确决策，如：故障诊断、事故预报、预测性维 修、运行方式研究等等； 人员培训──利用仿真模型作仿真培训装置，训练系统操作 人员和管理人员
仿真技术的特点 仿真技术之所以被广泛应用的主要原因是:有很多生产实验及科学实验受 到经济、安全、时间等各方面的限制 安全性:核电站中的很多实验,尤其是破坏性实验是根本不能做的。例如 电全停事故,以研究应急系统的反应,实验中如发生意外,则可能导致 反应堆堆芯烧毁,严重时发生核泄漏。因而,仿真技术在核电工业得到 泛应用,从电站设计、安全分析、运行规程编制等均要用到仿真技术,其 运行人员每年都要在其相应的全仿真机上培训,进行各种操作训练。 经济性及快速性:英法合作生产的“协合式”飞机,由于采用了仿真技术 使其研制周期缩短 美国空气动力学中心仿真实验室,采用运算速度为20亿次秒的“克雷” 计算机,用于仿真航天飞机的气体动力学性能。与实物实验相比,其耗费 并且周期短,研制人员的任何一种设想均可以立即将设备在计算机 上制造出来,并进行实验研究。当然,所制造出的是一个虚拟设备 预测性:天气预报、人口预测、工程风险评价、工程未来状态分析等。 复现性:如洪水、火灾、地震等自然灾害,由于对原型实验几乎是不可能 的,因而,在这一领域应用计算机仿真就具有非比寻常的意义,对这些自 然灾害的仿真中,人们可以研究防灾规划及在遭遇灾害时指导人员疏散
仿真技术的特点 仿真技术之所以被广泛应用的主要原因是：有很多生产实验及科学实验受 到经济、安全、时间等各方面的限制。 安全性：核电站中的很多实验，尤其是破坏性实验是根本不能做的。例如 ：电全停事故，以研究应急系统的反应，实验中如发生意外，则可能导致 反应堆堆芯烧毁，严重时发生核泄漏。因而，仿真技术在核电工业得到广 泛应用，从电站设计、安全分析、运行规程编制等均要用到仿真技术，其 运行人员每年都要在其相应的全仿真机上培训，进行各种操作训练。 经济性及快速性：英法合作生产的“协合式”飞机，由于采用了仿真技术 ，使其研制周期缩短了。 美国空气动力学中心仿真实验室，采用运算速度为20亿次/秒的“克雷” 计算机，用于仿真航天飞机的气体动力学性能。与实物实验相比，其耗费 很小，并且周期短，研制人员的任何一种设想均可以立即将设备在计算机 上制造出来，并进行实验研究。当然，所制造出的是一个虚拟设备。 预测性：天气预报、人口预测、工程风险评价、工程未来状态分析等。 复现性：如洪水、火灾、地震等自然灾害，由于对原型实验几乎是不可能 的，因而，在这一领域应用计算机仿真就具有非比寻常的意义，对这些自 然灾害的仿真中，人们可以研究防灾规划及在遭遇灾害时指导人员疏散
仿真技术的意义 纵观仿真技术的发展,其研究的初期,以至于目前发展 最快的应用最好的是对各种系统动力特性及设备控制策略的 研究。而设备的物理特性一般由相关学科研究。归纳起来, 、使系统设计实现最优化; 2、使系统研制省时、省工、省钱,降低系统的研制成本; 3、提高系统研制、实验、调试和人员训练过程的安全性 4、可以预测系统未来的特性和在意外情况下的反应,从而 制定控制策略。尤其在非工程领域,可以尽可能避免直接实
仿真技术的意义 纵观仿真技术的发展，其研究的初期，以至于目前发展 最快的应用最好的是对各种系统动力特性及设备控制策略的 研究。而设备的物理特性一般由相关学科研究。归纳起来， 仿真的意义在于： 1、使系统设计实现最优化； 2、使系统研制省时、省工、省钱，降低系统的研制成本； 3、提高系统研制、实验、调试和人员训练过程的安全性； 4、可以预测系统未来的特性和在意外情况下的反应，从而 制定控制策略。尤其在非工程领域，可以尽可能避免直接实 验