Simulating Combustion pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Merker, Gunter P./ Schwarz, Christian/ Stiesch, Gunnar/ Otto, Frank

出品人:

页数:401

译者:

出版时间:

价格:1670.00元

装帧:Pap

isbn号码:9783540251613

丛书系列:

图书标签:

• Combustion
• Simulation
• Computational Fluid Dynamics
• CFD
• Chemical Kinetics
• Heat Transfer
• Fluid Mechanics
• Energy
• Reacting Flows
• Modeling

现代化工过程优化与控制：基于模型的系统设计 作者： 郭 伟，张 华，李 明 出版社： 精英工程科技出版社 出版年份： 2023 年 --- 内容提要 《现代化工过程优化与控制：基于模型的系统设计》一书，专注于探讨在复杂的现代化工生产环境中，如何运用先进的数学建模、系统仿真和实时控制策略，实现生产过程的高效、安全与可持续运行。本书并非关注于特定化学反应的微观机制，如燃烧现象本身，而是将焦点置于宏观的、涉及多变量、强耦合的工业化生产流程的整体优化与精确调控。 本书系统性地梳理了化工过程控制领域从经典PID控制到先进预测控制（MPC）的发展脉络，并深入剖析了现代化工企业在数字化转型背景下面临的挑战与机遇。全书内容紧密围绕“过程理解”、“模型构建”与“智能控制”三大核心支柱展开。 第一部分：化工过程建模基础与仿真技术 本部分为后续控制策略的设计奠定理论基础，强调的是将实际物理和化学过程抽象为可计算的数学模型。 第一章：化工过程的系统辨识与机理建模 本章首先区分了基于第一性原理的机理模型（如质量、能量和动量守恒定律）与基于数据的系统辨识模型。重点介绍了如何利用历史操作数据，通过回归分析、状态空间法等手段建立描述复杂非线性系统的低阶近似模型。特别阐述了在模型简化过程中，如何权衡模型的准确性和计算效率，为实时控制系统服务。内容涵盖了反应器、精馏塔、换热器等典型单元操作的建模方法论。 第二章：非线性系统动力学分析与仿真平台 本章深入探讨了化工过程固有的非线性和不确定性对控制设计的影响。引入了相平面分析、李雅普诺夫稳定性理论在化工过程稳定性评估中的应用。同时，详细介绍了主流的仿真软件平台（如 Aspen Plus Dynamics, gPROMS, MATLAB/Simulink）在化工过程动态行为预测中的应用案例。本章强调的是如何构建一个高保真度的数字孪生模型，用于离线验证控制器的性能，避免在真实工厂中进行高风险的试错。 第三章：多速率与多尺度建模技术 现代化工过程往往涉及从微观催化反应到宏观塔釜流体力学的多尺度耦合。本章集中讨论了如何处理不同时间尺度下的过程变量，并介绍了集成模型降阶技术（如本征正交分解 IOD 或模态分析）以应对复杂高维模型带来的计算瓶颈。这为后续的实时优化控制提供了简化的、可操作的模型。 第二部分：先进过程控制（APC）策略设计与实现 本部分是全书的核心，聚焦于如何利用建立的模型，设计出能够超越传统反馈控制性能的先进策略。 第四章：基于模型的预测控制（MPC）原理与应用 MPC 作为现代化工过程控制的核心技术，在本章得到详尽阐述。内容包括：核心算法——二次规划（QP）的求解；对约束处理的精确性（如温度上限、压力下限、流量范围）；以及 MPC 在处理多输入多输出（MIMO）系统时的解耦优势。通过一个大型石化裂解装置的案例分析，演示了如何设定目标函数，平衡操作成本、产品质量与设备保护之间的关系。 第五章：鲁棒控制与不确定性处理 化工设备的参数会随时间漂移，原料性质也存在波动。本章引入了 $H_{infty}$ 控制、鲁棒模型预测控制（RMPC）的概念，旨在确保控制器在模型误差或外部扰动存在时，仍能保持系统的稳定性和可接受的性能。重点讨论了鲁棒性裕度和安全裕度的工程化处理方法。 第六章：优化与控制的集成：实时优化（RTO） 本章探讨了如何将工艺优化（确定最佳操作点）与实时控制（维持在最佳点附近）相结合。详细介绍了分层控制架构（Hierarchical Control Structure）：上层是慢速、以经济效益为目标的 RTO 层，它不断地向下一层提供新的设定点；下层是快速的 APC 层，负责精确跟踪这些设定点。讨论了 RTO 求解器（如内点法）在化工环境中的收敛性挑战。 第三部分：数字化转型与过程优化前沿 本部分面向未来工厂的趋势，探讨了大数据、人工智能技术如何融入到传统的过程控制框架中。 第七章：数据驱动的软测量与状态估计 在许多关键工艺点（如最终产品质量指标），在线传感器成本高昂或技术不可行。本章重点介绍如何利用易于测量的变量（如温度、压力）和历史数据，构建基于神经网络或偏最小二乘（PLS）的“软测量”模型，以提供实时、连续的产品质量估计，从而反馈给控制器。 第八章：基于机器学习的故障诊断与预测性维护 本章探讨了如何利用深度学习（如 LSTM、自编码器）分析过程历史数据中的异常模式，实现早期故障检测。不同于传统基于阈值的报警系统，机器学习方法可以识别微妙的、复合的、预示性故障的信号。讨论了如何将这些诊断结果无缝集成到控制系统的安全互锁机制中。 第九章：可持续性与能源效率优化控制 在当前严格的环保法规下，过程控制必须兼顾经济效益和环境影响。本章讨论了如何将碳排放、废水处理负荷等环境指标纳入到 MPC 的约束或目标函数中，实现绿色工艺优化。案例分析集中于余热回收网络、蒸汽系统的优化调度，以最小化单位产品的能耗和排放。 总结与展望 本书为化工、石油、制药等流程工业的工程师、研究人员和高级学生提供了一套全面、实用的知识体系。它强调的不是对单个化学现象的微观模拟，而是对整个复杂生产系统进行自上而下、基于模型的、集成优化的工程实践。全书力求用严谨的数学工具，解决工业界在提升效率、降低成本和确保安全方面的实际痛点。通过对先进控制、系统集成与数据智能化的深入探讨，本书旨在指导读者构建下一代智能化的化工生产控制系统。

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