计算机辅助化工设计.pdf

计算机辅助化工设计 1.计算机硬件发展 2.化工过程系统工程——计算机辅助 设计软件的进展 3.案例 计算机辅助化工过程设计 1.计算机硬件发展 计算机硬件发展：从1946-51年Eckert和Mauohly研 制成功第一台电子计算机（ENIAC）和第一台商用计 算机系统( VNIVAC-1)以来，数字机的发展共经历了 四代。 新一代计算机，它有平行处理的结构，计算速度达 到10000亿次/秒以上，且装入具有IF—THEN知识基底 的人工智能系统或专家系统，从而可具有机器图象， 机器说话，机器理解语言等更有效的交互作用功能， 为计算机辅助化工过程设计提供服务。 表1.1 适用于工程和科学的20世纪90年代 前四代计算机的演变 型号 IBM 代 时间 电路类型 主贮存容量 Words CPU循环 时间,微秒 相对 功能 相对运 算费用 特点 701 1 1953 电子管 4096 12 1 1 批处理，比UNIVAC快 704 1 1955 电子管 32768 12 FORTRAN编辑，自动处理子程序 7090 2 1960 晶体管 32768 2.2 20 0.13 生产者的操作系统，维修大大减少 360-75 3 1960 混合集 成电路 262144 0.08 108 0.04 大大增加内存，分时操作既可用于商业又 可用于科学计算 370-168 4 1973 整体集 成电路 2097152 0.054 405 0.02 CACHE高速贮存，多环节错误检查和校正 3033U 4 1978 大规模 集成电路 6291456 0.057 838 0.008 双处理器，入诊断系统 3031K 4 1981 大规模 集成电路 8388608 0.026 1698 0.0076 四处理器，可靠性大大增加， 虚拟贮存 微型计算机的出现对CAD-化工过程设计 产生巨大影响 目前，科学界与工程界主要在三种计算机系统中完 成他们的计算，既高功能大型计算机，计算机工作站 及个人计算机系统。 随着超小型机的产生以及小型机微型化工作站的 增多，促进了将它们联系成区域网络的发展，计算机 联网已经实现，它的显著效果是不但可提高计算速度， 而且可以实现内部通讯，共享不同计算软件模块库的 资源，显著地提高处理能力与资源。 微型机被用作大型机的终端，可将数据和程序传 送到大型机中，还提供了分布数据处理的环境。 微型机对计算机辅助过程设计的影响有好、坏两 个方面。 好的影响:是具有图象和扩展式微型机的 大量涌现，使化学工程师思考问题的方式发生了改 变，使许多设计者更多地熟悉计算机的功能，且能 对计算机系统的开发者提出更多的要求，随着这种 要求的实现，设计工程师将更进一步认识到计算机 辅助化工过程的潜力，可以说微型计算机起着计算 机科学与工程设计之间的催化剂作用。 微型计算机的出现对计算机辅助化工过程设计产生巨大的影响。 坏的影响是：1）年青的工程师过多地相信计算结果，使 对设计改进的预计可能会高于实际得到的效果； 2）如果所使用的模型及计算方法过于简化，会使所得的计 算结果不是最佳条件，而与专家经验的判断有出入。 但80年代中期以来，计算机硬件与软件快速发展，这些缺 陷正在逐步被消除。 图1.1 化学工程计算系统应用的分布趋势 我国天河一号千万亿次超级计算机 系统研制成功 天河一号千万亿次超级计算机系统研制成功，峰值性能达每秒 1206万亿次双精度浮点运算，国际TOP 500组织发布，它为世界 超级计算机排名第五，亜洲第一。 为我国解决经济、科技等领域系到重大挑战性问题提供了重要 手段。 过程系统工程又称为化工系统工程 它是系统工程与化学工程结合的产物，它是工程技术 与管理技术的结合，它以处理物料流——能量流—— 信息流的过程系统为对象，核心功能是过程系统的设 计、控制和组织、计划和管理，目的是达到技术和经 济上的最优化，并符合社会可持续发展的要求。 过程系统工程的基本方法是过程模拟，即过程的模型 化与求解。经过几十年的努力，在过程模拟上已从中 观系统向微观和宏观系统两头扩展并取得较大进展。 2.化工过程系统工程——计算机辅助设计 软件的进展 过程系统工程的基本方法是过程模拟， 即过程的模型化与求解。 在过程系统的模拟方面，自在1958年M. W. Kellogg 开发出了第一个过程模拟软件，现在已是第三代流 程模拟系统，如Process-II、Aspen Plus、CIMS等，目 前已在中国各大化工设计院广泛应用。 化工过程系统工程——计算机辅助设计 软件的研发进展 由于化工过程所包括单元操作的多样性与传热、传 质的复杂性，应指出至今尚没有全部清晰的物理模 型，即使是灰箱模型也存在很多偏微分方程与非线 性关系，找不到分析解，这些特点皆赋与化工应用 软件独有