化工過程數(shù)值模擬及軟件

《高等學(xué)校教材·化工過程數(shù)值模擬及軟件(第2版)》旨在介紹化工過程模擬的基本概念和方法，提供利用相關(guān)模擬軟件進行實際化工過程的模擬的步驟和技巧。

《高等學(xué)校教材·化工過程數(shù)值模擬及軟件(第2版)》可作為高等學(xué)校應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)及化工類專業(yè)本科生和研究生的教材，也可供石油與化工、輕工等行業(yè)從事開發(fā)的工程技術(shù)人員參考。

本書是在第一版的基礎(chǔ)上修訂的，為了便于讀者更加容易自學(xué)，對第2章的內(nèi)容作了全面重新編排，并把PRO/Ⅱ作為一個獨立內(nèi)容進行編寫。本書介紹了化工流程模擬和單元模擬過程的大型應(yīng)用軟件及其實際應(yīng)用實例，全書共3章，第1章主要介紹化工模擬的基本概念，第2章講述化工過程模擬的基本知識，并結(jié)合AspenPlus、PRO/Ⅱ軟件講解過程模擬的具體方法和步驟。給出了空氣壓縮、閃蒸分離、石油精餾、苯的高溫分解、甲醇-水分離、合成甲烷等大量典型的利用AspenPlus、PRO/Ⅱ流程模擬的應(yīng)用實例。第3章重點介紹化工單元模擬的概念、過程和方法，詳細(xì)介紹了單元模擬軟件CFX和Fluent的應(yīng)用實例，并給出了具體示例的操作過程。

本書可作為高等學(xué)校應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)及化工類專業(yè)本科生和研究生的教材，也可供石油與化工、輕工等行業(yè)從事開發(fā)工程的技術(shù)人員參考。

本書在編寫過程中，北京化工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院的王水老師對第二版的修訂做了大量的工作。李甜和劉吉勝同學(xué)參加了2.1至2.2.3、宋志倩和任敏敏同學(xué)參加了2.2.4至2.2.5以及2.3.1至2.3.10、董麗榮參加了2.4.1至2.4.6的編寫工作。參與校正修改的同學(xué)還有賀巧麗，韓軍，陳娜，邵振興，陳遠超，張琳等同學(xué)。在此一并向他們表示感謝。

盡管編者盡了最大努力，但由于工作量大、范圍廣，另外編者水平有限，不足之處在所難免，懇請同行及讀者提出寶貴意見，以使本書更加完善。

編者

2010年8月

化學(xué)工程是研究化學(xué)工業(yè)和其他過程工業(yè)生產(chǎn)中所進行的化學(xué)過程和物理過程共同規(guī)律的一門工程學(xué)科?；瘜W(xué)工程的研究對象通常是非常復(fù)雜的，解析方法在化學(xué)工程研究中往往失效。從20世紀(jì)50年代開始，人們就利用計算機解算化工過程的數(shù)學(xué)模型，使研究方法出現(xiàn)了一個革新。經(jīng)過40多年的發(fā)展，化工過程模擬已成為普遍采用的常規(guī)手段，廣泛應(yīng)用于化工過程的研究開發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)操作的控制與優(yōu)化、操作培訓(xùn)和技術(shù)改造。本書旨在介紹化工過程模擬的基本概念和方法，提供利用相關(guān)模擬軟件進行實際化工過程的模擬的步驟和技巧。

本書由屈一新主編。具體分工：第1章由任慧編寫，第2章由屈一新、任慧編寫，第3章由車耀坤編寫，全書由屈一新統(tǒng)稿。

實際化工模擬中，不僅需要掌握有關(guān)的理論概念、公式和方法，更為關(guān)鍵的是提高分析解決實際問題的能力。因此，本書介紹了大量典型化工過程的模擬實例，并給出了具體方法和步驟，以便于讀者自學(xué)。

本書在編寫過程中，參考了相關(guān)的文獻資料，在此向相關(guān)作者表示感謝。

由于編者水平有限，本書不足之處在所難免，懇請同行及讀者批評指正。

編者

2006年3月2100433B

《高等學(xué)校教材化工過程數(shù)值模擬及軟件(第2版)》共分三章。在化工模擬基本概念的基礎(chǔ)上，通過空氣壓縮、閃蒸分離、石油精餾、苯的高溫分解、甲醇回收等大量典型化工過程的應(yīng)用實例介紹了AspenPlus和PRO/Ⅱ?qū)ち鞒棠M的具體方法和步驟，CFX和Fluent對單元模擬的具體操作過程，對實際化工過程的研究開發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)操作的控制與優(yōu)化、操作培訓(xùn)和技術(shù)改造很有裨益。

第1章 緒論 1

1.1 化工模擬 1

1.2 流程模擬 2

1.3 單元模擬 3

1.4 單元模擬與流程模擬的關(guān)系 4

第2章 流程模擬技術(shù) 6

2.1 流程模擬的步驟 6

2.1.1 流程的建立 6

2.1.2 變量的設(shè)置 6

2.1.3 程序的運行 6

2.2 Aspen Plus流程模擬商業(yè)軟件 6

2.2.1 Aspen Plus流程模擬軟件介紹 6

2.2.2 Aspen Plus安裝及運行環(huán)境 8

2.2.2.1 Aspen Plus的安裝 8

2.2.2.2 Aspen Plus的啟動 9

2.2.2.3 Aspen Plus用戶界面 10

2.2.2.4 數(shù)據(jù)瀏覽器（Data Browser） 12

2.2.2.5 Next按鈕的使用 13

2.2.2.6 Aspen Plus幫助系統(tǒng)的調(diào)用 14

2.2.2.7 Aspen Plus常用快捷鍵 14

2.2.3 Aspen Plus的單元操作模塊 14

2.2.3.1 混合器/分流器（Mixers/Splitters） 15

2.2.3.2 分離器（Separators） 16

2.2.3.3 換熱器（Heat Exchangers） 18

2.2.3.4 塔（Columns） 22

2.2.3.5 反應(yīng)器（Reactors） 27

2.2.3.6 壓力變送設(shè)備（Pressure Changers） 29

2.2.3.7 固體（Solids） 31

2.2.3.8 控制器（Manipulators） 35

2.2.3.9 用戶模型（User Models） 35

2.2.3.10 泄壓（Pres-Relief） 36

2.2.4 流程的建立 36

2.2.4.1 定義一個流程 36

2.2.4.2 瀏覽一個流程，檢查流程的完整性 36

2.2.4.3 修改一個流程 37

2.2.4.4 使用流程工段 37

2.2.4.5 打印流程 37

2.2.5 模擬變量的設(shè)置 37

2.2.5.1 全局變量的設(shè)定 38

2.2.5.2 物性方法及物性參數(shù)的設(shè)置 39

2.2.5.3 數(shù)據(jù)包的使用 39

2.2.5.4 物流和能量流的設(shè)定 40

2.2.6 模擬程序的運行 41

2.2.7 Aspen公司其他模擬軟件 41

2.2.7.1 Aspen Dynamics——動態(tài)過程模擬軟件 41

2.2.7.2 Aspen Custom Modeler"para" label-module="para">

2.2.7.3 Aspen Pinch"para" label-module="para">

2.2.7.4 Split"para" label-module="para">

2.2.7.5 Batch Plus"para" label-module="para">

2.2.7.6 Polymers Plus"para" label-module="para">

2.2.7.7 B-JAC"para" label-module="para">

2.2.7.8 Aspen ZYQAD——工藝設(shè)計平臺 44

2.2.7.9 Aspen Online"para" label-module="para">

2.2.7.10 DMC Plus"para" label-module="para">

2.2.7.11 RT-OPT"para" label-module="para">

2.2.7.12 Aspen IQ"para" label-module="para">

2.2.7.13 Info Plus.21"para" label-module="para">

2.2.7.14 Aspen Advisor"para" label-module="para">

2.2.7.15 Aspen AdvisorTM專家系統(tǒng)——數(shù)據(jù)校正模塊 45

2.2.7.16 Aspen Pims"para" label-module="para">

2.3 其他流程模擬軟件簡介 46

2.3.1 ChemCAD 流程模擬軟件簡介 46

2.3.2 PRO/Ⅱ流程模擬軟件簡介 47

2.3.3 Hysis流程模擬軟件簡介 48

2.3.4 DESIGNⅡ流程模擬軟件簡介 48

2.3.5 ECSS工程化學(xué)模擬系統(tǒng) 48

2.4 Aspen Plus例題 49

2.4.1 例題1"_blank" href="/item/空氣壓縮機/3736299" data-lemmaid="3736299">空氣壓縮機的模擬 49

2.4.1.1 例題1的條件 49

2.4.1.2 例題1的步驟說明 49

2.4.2 例題2——閃蒸分離的模擬 58

2.4.2.1 例題2的條件 58

2.4.2.2 例題2的步驟說明 58

2.4.3 例題3——RadFrac的模擬 66

2.4.3.1 RadFrac模擬簡介 66

2.4.3.2 例題3的條件 69

2.4.3.3 例題3步驟說明 70

2.4.4 例題4——怎樣繪制組成曲線？ 72

2.4.5 例題5——設(shè)計規(guī)定和尺寸 72

2.4.6 例題6——靈敏度分析 78

2.4.7 例題7——一個原油蒸餾塔的模擬 85

2.4.8 例題8——苯的高溫分解 89

2.4.8.1 例題8的條件 89

2.4.8.2 例題8步驟說明 91

2.4.9 例題9——Aspen Plus聚合物項目 106

2.4.10 例題10——蒸餾塔 114

2.4.10.1 例題10的條件 114

2.4.10.2 例題10的步驟說明 115

第3章 單元模擬技術(shù) 122

3.1 單元模擬的步驟 122

3.1.1 前處理 122

3.1.2 求解計算 123

3.1.3 后處理 123

3.2 CFD商業(yè)軟件 123

3.2.1 CFX 123

3.2.1.1 CFX簡介 123

3.2.1.2 CFX的體系結(jié)構(gòu) 123

3.2.1.3 CFX的模塊功能 124

3.2.1.4 CFX的技術(shù)優(yōu)勢 126

3.2.1.5 CFX的硬件配置要求及安裝 126

3.2.1.6 CFX的操作界面 128

3.2.2 Fluent 148

3.2.2.1 Fluent簡介 148

3.2.2.2 Fluent的體系結(jié)構(gòu) 148

3.2.2.3 Fluent的模塊功能 148

3.2.2.4 Fluent的技術(shù)優(yōu)勢 149

3.2.2.5 Fluent的安裝 149

3.2.2.6 Fluent的操作界面 149

3.2.3 其他軟件簡介 153

3.2.3.1 PHOENICS 153

3.2.3.2 STAR-CD 154

3.3 單元模擬軟件的應(yīng)用及操作示例 154

3.3.1 單元模擬軟件的應(yīng)用 154

3.3.1.1 CFX的應(yīng)用 154

3.3.1.2 Fluent的應(yīng)用 155

3.3.2 單元模擬軟件的操作示例 155

3.3.2.1 CFX操作示例 155

3.3.2.2 Fluent操作示例 161

參考文獻 165

《金屬塑性加工過程有限元數(shù)值模擬及軟件應(yīng)用》共6章，第1章主要講述金屬塑性加工工藝及求解方法；第2章主要講述塑性力學(xué)及有限元理論基礎(chǔ)；第3章分別采用有限元商用軟件ANSYS、MSC.Marc、ABAQUS和DEFORM求解圓柱體等溫壓縮過程，詳細(xì)講述四款軟件求解步驟，并對比分析不同軟件、幾何模型、摩擦類型等對計算結(jié)果的影響；第4章詳細(xì)講解ANSYS軟件求解板坯空冷過程、試樣多階段熱處理過程、砂型鑄造過程、焊接過程溫度變化規(guī)律；第5章利用ANSYS的非線性求解LS-DYNA模塊對帶孔薄板反復(fù)加載、盒形件拉深、板料沖孔過程力學(xué)行為進行有限元求解分析，并詳細(xì)講解求解步驟；第6章利用ANSYS軟件分析板坯冷卻過程和焊接過程的熱-應(yīng)力耦合場，利用DEFORM軟件分析鎂合金熱軋過程及車輪鍛造過程的變形-熱耦合場。

焊接是一個涉及電弧物理、傳質(zhì)傳熱、力學(xué)、冶金與材料學(xué)等多物理場耦合的復(fù)雜過程，影響因素繁多。隨著計算機科技的快速發(fā)展，焊接數(shù)值模擬技術(shù)得到了越來越廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。

《焊接過程的數(shù)值模擬》以“理論介紹一數(shù)值模擬實現(xiàn)方法一具體應(yīng)用案例”為主線，結(jié)合通用數(shù)值模擬軟件及實用的算例，對多種常見焊接方法及焊接過程中涉及的熱、力、微組織相變、電弧及溶池流體等諸多物理過程給出了數(shù)值模擬實現(xiàn)方法。

《焊接過程的數(shù)值模擬》理論講解詳細(xì)深入，實例內(nèi)容豐富、可操作性強，可作為高等院校焊接技術(shù)與工程及其相關(guān)專業(yè)本科生及研究生學(xué)習(xí)焊接數(shù)值模擬技術(shù)和相關(guān)軟件的教材，也可供廣大焊接工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)和參考。