HEÄ THOÁNG
Hệ thống S nằm trong môi trường E là tập hợp các phần tử si tương tác với
nhau tạo thành cấu trúc nội tại của S và tương tác với E tạo thành quan hệ với
môi trường bên ngoài
Khái niệm hệ thốngCấu trúc bên trong của hệ thống được hình thành từ sự tương tác giữa các
phần tử thuộc hệ thống. Các tương tác này làm cho các phần tử có quan hệ
với nhau và có thể được sắp xếp vào các nhóm như sau:
•Nhóm các dạng vật chất tham gia vào các quá trình hóa học, hóa lý
•Nhóm các bộ phận hoặc thiết bị tham gia vào quá trình hóa học và hóa lý
•Nhóm các đường truyền dẫn thông tin
61 trang |
Chia sẻ: thuyduongbt11 | Ngày: 17/06/2022 | Lượt xem: 421 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Bài giảng Mô hình hóa và mô phỏng trong công nghệ hóa học, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG
TRONG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
Tài liệu tham khảo
1) Nguyễn Minh Tuyển, Kỹ thuật hệ thống công nghệ Hóa học,
NXB KHKT, 2001
2) Lê Xuân Hải - Tiếp cận hệ thống trong công nghệ hóa học, (TLTK
2008 )
3) Tanase G. Dobre and José G. Sanchez Marcano, Chemical
Engineering, Modelling, Simulation and Similitude, Wiley VCH,
2007
4) G. Stephanopoulos - Chemical Process Control - Prentice Hall
International Edition, 1984
5) William L. Luyben – Process modeling, simulation and control for
chemical engineers. Mcraw-Hill Publishing Company, 1990
6) T. F. Edgar, D. M. Himmelblau - Optimization of chemical
Processes. In ternational Edition, 1989.
7) X.L. Akhnadarova, V.V. Kafarov–Tối ưu hóa thực nghiệm trong
hóa học và kỹ thuật hóa học–Trường ĐH Kỹ thuật Tp. HCM, 1994
8) Nguyễn Nhật Lệ-Tối ưu hóa ứng dụng; NXB KHKT, HN, 2000
KHÁI QUÁT VỀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG
CÁC QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC
1. HỆ THỐNG VÀ CẤU TRÚC HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ
2. PHÂN TÍCH HỆ THỐNG CÁC QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ
HEÄ THOÁNG
Hệ thống S nằm trong môi trường E là tập hợp các phần tử si tương tác với
nhau tạo thành cấu trúc nội tại của S và tương tác với E tạo thành quan hệ với
môi trường bên ngoài
Khái niệm hệ thống
Cấu trúc bên trong của hệ thống được hình thành từ sự tương tác giữa các
phần tử thuộc hệ thống. Các tương tác này làm cho các phần tử có quan hệ
với nhau và có thể được sắp xếp vào các nhóm như sau:
•Nhóm các dạng vật chất tham gia vào các quá trình hóa học, hóa lý
•Nhóm các bộ phận hoặc thiết bị tham gia vào quá trình hóa học và hóa lý
•Nhóm các đường truyền dẫn thông tin
Cấu trúc của hệ thống
PHÂN HOẠCH VÀ TÍCH HỢP HỆ THỐNG
Caùc phaân töû, nguyeân
töû, ion...
Heä ñoàng theå vi moâ
Heä dò theå moät haït
Thieát bò coâng ngheä
bieät laäp
Heä dò theå ña phaân taùn
PHÂN HOẠCH VÀ TÍCH HỢP HỆ THỐNG
Toång coâng
ty A
Taäp ñoaøn B Coâng ty X
Nhaø maùy
3 -1
Xí nghieäp
3 – 2
Coâng ty X
Caáp IV –
Taàng I
Modun
coâng ngheä
1
Modun
coâng ngheä
2
Modun
coâng ngheä
k
Thieát
bò
1
Thieát
bò
2
Thieát
bò
i
Thieát
bò
i + 1
Thieát
bò
n
Caáp III
Caáp II
Caáp I
Cấu trúc không gian của hệ
Hệ trên
Hệ
Hệ dưới
Hệ Hệ trước Hệ sau
Sơ đồ vận động của hệ
Phân hoạch và tích hợp hệ thống
Hệ Hệ trước Hệ sau
Hệ trên Hệ trên trước Hệ trên sau
Hệ dưới Hệ dưới trước Hệ dưới sau
Sơ đồ cấu trúc không gian và thời gian của hệ
Phân hoạch và tích hợp hệ thống
Mỗi hệ thống đều có hai đặc tính cơ bản là đặc tính thực định và đặc
tính phỏng định. Hệ thống có bản chất thực định nghĩa là ở những
điều kiện tồn tại xác định, các đặc trưng trạng thái của hệ thống cũng
được xác định và xác định đơn trị.
Cùng tồn tại với đặc tính thực định, hệ thống còn có đặc tính phỏng
định hay còn gọi là đặc tính ngẫu nhiên. Với đặc tính phỏng định,
khi các điều kiện tồn tại đã được xác định cụ thể nhưng các đặc
trưng trạng thái của hệ thống vẫn đa trị, tức là không xác định,
không duy nhất.
Tính löôõng nguyeân cuûa heä thoáng
Soá baäc töï do cuûa heä thoáng laø soá quan heä caàn phaûi ñöôïc boå sung vaøo
taäp hôïp caùc quan heä ñeå traïng thaùi cuûa heä thoáng ñöôïc xaùc ñònh hoaøn
toaøn vaø ñôn trò.
Baäc töï do cuûa heä thoáng
B3
A1 A2
P
A3
B1
B2
E
RAÉN
LOÛNG
KHÍ
T1
TIẾP CẬN HỆ THỐNG
TIEÁP CAÄN
TOAÙN HOÏC
TIEÁP CAÄN
TIN HOÏC
Ñoái töôïng
coâng ngheä
MUÏC TIEÂU
* Thieát keá
* Ñieàu khieån quaù trình
* Toái öu hoùa
* Toå chöùc saûn xuaát
TIEÁP CAÄN
COÂNG
NGHEÄ
(Chuyeân gia)
Ba phöông thöùc tieáp caän ñoái töôïng coâng ngheä
PHÖÔNG TIEÄN BIEÅU ÑAÏT HEÄ THOÁNG
Mô hình ngữ văn và mô hình đồ họa
PHÖÔNG TIEÄN BIEÅU ÑAÏT HEÄ THOÁNG
Moâ hình vaät theå
Coù hai loaïi moâ hình vaät theå phoå bieán nhaát ñöôïc
khai thaùc söû duïng trong nghieân cöùu caùc ñoái töôïng
coâng ngheä:
Moâ hình vaät theå ñoàng daïng
Moâ hình vaät theå töông töï
PHÖÔNG TIEÄN BIEÅU ÑAÏT HEÄ THOÁNG
Moâ hình toaùn hoïc
Toaùn töû
coâng ngheä T
(Ñoái töôïng coâng
ngheä)
Y
y1
y2
yn
X
x1
x2
xn
PHÖÔNG TIEÄN BIEÅU ÑAÏT HEÄ THOÁNG
Moâ hình soá hoùa
Bit – caùc con soá
Bit – maõ soá
Bit – caùc leänh cuûa chöông trình
CAÙC TAÙC VUÏ CHIEÁN LÖÔÏC
Phaân tích heä thoáng
1) Phaân hoaïch vaø tích hôïp heä thoáng
2) Xaây döïng moâ hình (moâ hình hoùa)
Giai ñoaïn ñaàu tieân cuûa moâ hình hoùa: phaân tích ñònh tính caáu truùc cuûa heä
thoáng
Giai ñoaïn thöù hai cuûa moâ hình hoùa: xaây döïng moâ hình
Giai ñoaïn thöù ba cuûa moâ hình hoùa: vaän haønh moâ hình
•
3) Nghieân cöùu treân moâ hình (moâ phoûng) ñeå tìm kieám caùc
quyeát ñònh thích hôïp cho caùc vaán ñeà ñaët ra treân heä
thoáng thöïc
CAÙC TAÙC VUÏ CHIEÁN LÖÔÏC
Toång hôïp heä thoáng
1) Thieát keá, cheá taïo töøng ñôn nguyeân thieát bò (töøng thieát bò
coâng ngheä rieâng bieät töông öùng vôùi caùc phaàn töû ôû taàng thöù
nhaát trong caáu truùc phaân taàng heä thoáng coâng ngheä hoùa
hoïc)
2) Thieát keá toaøn boä heä thoáng coâng ngheä goàm moät toå hôïp caùc
ñôn nguyeân thieát bò ñöôïc lieân keát vôùi nhau theo moät caáu
truùc xaùc ñònh (töông öùng vôùi taàng thöù hai vaø thöù ba trong
caáu truùc phaân taàng heä thoáng coâng ngheä hoùa hoïc)
CAÙC TAÙC VUÏ CHIEÁN LÖÔÏC
Ñieàu khieån heä thoáng
Ñieàu khieån heä thoáng coâng ngheä taäp trung giaûi quyeát ba vaán
ñeà sau ñaây:
1) Ngaên chaën aûnh höôûng xaáu cuûa caùc nhieãu loaïn ngoaïi lai
2) Duy trì traïng thaùi oån ñònh cuûa heä thoáng
3) Vaän haønh toái öu heä thoáng
LÖÔÏC ÑOÀ LOGIC TRIEÅN KHAI TIEÁP CAÄN HEÄ THOÁNG
ÑOÁI TÖÔÏNG COÂNG
NGHEÄ
Phaùt hieän vaán ñeà, Ñaët vaán ñeà
Xaùc ñònh caùc muïc tieâu phaûi ñaït ñöôïc
Nhaän daïng caùc raøo caûn
Xaùc ñònh caùc taùc vuï tieáp caän heä thoáng
(vaø caùc ñieàu kieän ñeå thöïc hieän)
Thöïc hieän caùc taùc vuï ñeå giaûi
quyeát caùc vaán ñeà ñaõ ñaët ra
Thaåm ñònh keát quaû
thöïc hieän
Thaåm ñònh möùc ñoä
hoaøn thaønh khaâu thöïc
hieän
Xaùc nhaän keát quaû vaø döï
kieán phaùt trieån Keát luaän
Hieäu chænh
caùc taùc vuï
Thaåm ñònh
khaâu ñaët vaán ñeà
Thaåm ñònh khaâu xaùc
ñònh muïc tieâu
Thaåm ñònh khaâu xaùc
ñònh raøo caûn
Thaåm ñònh khaâu xaùc
ñònh taùc vuï
Thaåm ñònh khaâu thöïc
hieän
Ñaït yeâu caàu
Ñaït yeâu caàu
Khoâng ñaït yeâu caàu
Hieäu chænh
caùc raøo caûn
Hieäu chænh
caùc muïc tieâu
Hieäu chænh hoaëc ñaët laïi
vaán ñeà
K
h
o
ân
g
ñ
a
ït y
e
âu
ca
àu
Ñuùng
Sai
Ñuùng
Sai
Ñuùng
Sai
Ñuùng
Sai
Sai
Ñuùng
Hieäu chænh quaù trình thöïc
hieän
PHẦN I
XÂY DỰNG MÔ TẢ TOÁN HỌC VÀ MÔ
PHỎNG HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ
NGHIEÂN CÖÙU XAÂY DÖÏNG MOÂ TAÛ
TOAÙN HOÏC
KHAÙI NIEÄM MOÂ HÌNH
Moâ hình laø moät ñoái töôïng ñöôïc xaây döïng döïa treân
nhöõng quy luaät nhaát ñònh duøng ñeå thay theá cho moät
nguyeân baûn töông öùng ñeå coù theå giaûi quyeát moät nhieäm
vuï nhaát ñònh.
Quaù trình taïo ra moâ hình coù theå ñöôïc hieåu theo nghóa laø
söû duïng moät boä nhöõng coâng cuï, phöông tieän ñaõ ñöôïc
quy öôùc nhaèm bieåu ñaït moät ñoái töôïng theo moät phöông
phaùp, quy luaät ñaõ ñöôïc thoáng nhaát.
PHAÂN LOAÏI MOÂ HÌNH
Moâ hình ngöõ vaên vaø moâ hình ñoà hoïa
Moâ hình vaät theå
Moâ hình toaùn hoïc
Moâ hình soá hoùa
KHAÙI NIEÄM MOÂ HÌNH HOÙA
Moâ hình hoùa laø moät phöông tieän quan troïng ñeå bieåu ñaït
heä thoáng. Moâ hình hoùa laø noäi dung thöù hai cuûa taùc vuï
phaân tích heä thoáng trong vieäc tieáp caän heä thoáng.
Baèng vieäc söû duïng phöông phaùp moâ hình hoùa naøy, moät
ñoái töôïng coâng ngheä thöïc (goïi laø nguyeân baûn) seõ ñöôïc
thay theá baèng moät daïng thöùc bieåu ñaït khaùc ñöôïc goïi laø
moâ hình.
Quaù trình taïo ra moâ hình, nghieân cöùu treân moâ hình vaø
aùp duïng keát quaû nghieân cöùu treân nguyeân baûn ñöôïc goïi
laø moâ hình hoùa.
MOÂ HÌNH HOÙA TOAÙN HOÏC
Phaân tích ñònh tính heä thoáng ñeå xaùc ñònh caùc ñaïi löôïng, xaùc
ñònh caáu truùc cuûa heä thoáng thoâng qua caùc quan heä phaûi ñöôïc
laøm saùng toû baèng caùc bieåu dieãn toaùn hoïc, xaùc ñònh caùc giôùi
haïn, caùc ñieàu kieän bieân Phaân tích ñònh tính thöôøng ñöôïc
theå hieän baèng moâ hình ngöõ vaên hoaëc moâ hình ñoà hoïa.
Xaây döïng caùc bieåu thöùc, caùc phöông trình ñaïi soá, phöông
trình vi phaân, caùc phöông trình tích phaân, caùc phöông trình
vi tích phaân. Noùi caùch khaùc, ñaây laø böôùc nhaän daïng caáu truùc
cuûa moâ hình toaùn hoïc, thieát laäp toaùn töû moâ phoûng S(X) ñeå
thay theá cho toaùn töû coâng ngheä T(X).
MOÂ HÌNH HOÙA TOAÙN HOÏC
Nhaän daïng caùc thoâng soá chöa bieát coù maët trong toaùn
töû moâ phoûng S(X) thoâng qua caùc thöïc nghieäm treân moâ
hình vaät theå vaø xöû lyù baèng caùc phöông phaùp toaùn hoïc
thích hôïp.
Kieåm ñònh söï töông thích cuûa moâ hình.
Neáu moâ hình toaùn hoïc thu ñöôïc chöa töông thích vôùi
nguyeân baûn seõ tieán haønh nhaän daïng laïi caáu truùc vaø
caùc thoâng soá cuûa moâ hình.
PHAÂN LOAÏI CAÙC MOÂ HÌNH TOAÙN HOÏC
Moâ hình lieân tuïc
Moâ hình tuyeán tính
Moâ hình phi tuyeán baäc hai vaø baäc cao
Moâ hình hoùa baèng caùc phöông trình vi phaân
Moâ hình hoùa baèng heä phöông trình vi phaân
Moâ hình hoùa baèng caùc phöông trình vaø heä caùc phöông trình
vi phaân ñaïo haøm rieâng
Moâ hình rôøi raïc
CAÙC PHÖÔNG PHAÙP MOÂ HÌNH HOÙA TOAÙN HOÏC
Moâ hình hoùa baèng phöông phaùp thoáng keâ
Moâ hình hoài quy thöïc nghieäm
Moâ hình thoáng keâ caùc ñaïi löôïng rôøi raïc
Moâ hình thoáng keâ caùc ñaïi löôïng lieân tuïc
Moâ hình hoùa baèng phöông phaùp söû duïng moâ hình caáu
truùc doøng
Moâ Hình Tích Phaân Trong Heä Dò Theå Ña Phaân Taùn
XAÂY DÖÏNG MOÂ TAÛ TOAÙN HOÏC
Caùc quan heä toaùn hoïc trong khoâng gian vi moâ
i
1
)r,f(
~
)r,f(ff
f I.M.v
t
Pha lieân tuïc:
gvvv
t
ffiffff
'
p1
'0
1
n
1q
'
q1
'
q1
'0
q1
k'
1
'
1
k
1
k'k
1
'
1
'0
1
k''
1
'0
1 Qvg)qv(vEE
t
XAÂY DÖÏNG MOÂ TAÛ TOAÙN HOÏC
Caùc quan heä toaùn hoïc trong khoâng gian vi moâ
i
1
)r,s(
~
)r,s(
s I.M.
t
Pha phaân taùn:
'
p2
'0
2
n
1q
'
q2
'
q2
'0
q2
k'
2
'
2
k
2
k'k
2
'
2
'0
2
k''
2
'0
2 Qvg)qv(vEE
t
XAÂY DÖÏNG MOÂ TAÛ TOAÙN HOÏC
Caùc quan heä toaùn hoïc trong khoâng gian vó moâ
Pha lieân tuïc:
mffs
fs S))1.((
t
)1(
Mx
zxyxxxx
fs S
zyx
)p(
Dt
Dv
).1(
My
zyyyxyy
fs S
zy
)p(
xDt
Dv
).1(
Q,gfffffs
ffs STk)h)1((
t
h)1(
iifseff,aiffsifs SY)1(DY)1(
t
Y)1(
XAÂY DÖÏNG MOÂ TAÛ TOAÙN HOÏC
Caùc quan heä toaùn hoïc trong khoâng gian vó moâ
Pha phaân taùn:
m
ss S
t
Q,ss
solid
s,pss S)Tk(
dt
dT
C
NGHIEÂN CÖÙU XAÂY DÖÏNG MOÂ
PHOÛNG
KHAÙI NIEÄM MOÂ PHOÛNG
Quaù trình moâ phoûng laø moät quaù trình taùi hieän söï vaän
ñoäng cuûa nguyeân baûn thoâng qua moâ hình ñöôïc xaây
döïng.
BAÛN CHAÁT CUÛA MOÂ PHOÛNG
Baûn chaát cuûa moâ phoûng laø thoâng qua moâ hình theå hieän
ñaày ñuû tính chaát cuûa ñoái töôïng vaø khi thöû nghieäm treân
ñoù, seõ thu ñöôïc nhöõng keát quaû maø khoâng phaûi traû giaù
cho söï traûi qua ôû ñoái töôïng thöïc (thöôøng laø raát phöùc
taïp).
MOÂ HÌNH VAØ SÖÏ MOÂ PHOÛNG
Ñaàu vaøo Ñaàu ra
Quyeát ñònh vaø
nhöõng bieán soá
khoâng theå
kieåm soaùt
Moâ hình moâ
phoûng
Thoâng soá theå
hieän hoaëc tính
chaát
QUAÙ TRÌNH MOÂ PHOÛNG
Xaây döïng moâ hình khaùi nieäm cuûa heä thoáng hay vaán ñeà
ñang nghieân cöùu: Böôùc naøy baét ñaàu vôùi vieäc hieåu vaán ñeà,
nhaän dieän ñöôïc muïc tieâu cuûa nghieân cöùu, xaùc ñònh bieán soá
ñaàu vaøo quan troïng vaø thoâng soá ñaàu ra. Noù cuõng coù theå bao
goàm nhöõng moâ taû hôïp lyù moät caùch chi tieát cuûa heä thoáng
ñöôïc nghieân cöùu. Moâ hình moâ phoûng luùc ñaàu ñöôïc xaây döïng
ñôn giaûn, sau ñoù boå sung theâm neáu caàn thieát.
QUAÙ TRÌNH MOÂ PHOÛNG
Xaây döïng moâ hình moâ phoûng: Bao goàm nhöõng coâng vieäc:
xaây döïng nhöõng coâng thöùc töông öùng, thu thaäp döõ lieäu caàn
thieát, xaùc ñònh phaân boá coù theå cuûa moãi bieán soá, vaø thieát laäp
nhöõng caáu truùc ñeå löu giöõ keát quaû. Vieäc naøy coù theå laø thieát
keá baûng tính, thieát laäp chöông trình cho maùy vi tính hoaëc
nhaäp coâng thöùc cuûa moâ hình theo ngoân ngöõ moâ phoûng cuûa
maùy.
QUAÙ TRÌNH MOÂ PHOÛNG
Kieåm tra loãi vaø kieåm tra giaù trò cuûa moâ hình: Söï kieåm tra
quaù trình baûo ñaûm raèng moâ hình khoâng bò sai soùt luaän lyù, töùc
laø coù theå thöïc hieän nhöõng gì ñaõ ñöôïc döï tính. Kieåm tra giaù
trò ñeå baûo ñaûm raèng moâ hình laø ñaëc tröng thöïc cuûa heä thoáng
hay baøi toaùn. Böôùc quan troïng naøy laøm taêng ñoä tin caäy cuûa
moâ hình moâ phoûng vaø laøm cho ngöôøi söû duïng chaáp nhaän.
QUAÙ TRÌNH MOÂ PHOÛNG
Thieát keá nhöõng thöû nghieäm söû duïng moâ hình: Böôùc naøy
laø xaùc ñònh giaù trò cuûa nhöõng bieán soá kieåm soaùt ñöôïc ñeå
nghieân cöùu hoaëc nhöõng caâu hoûi caàn ñöôïc traû lôøi theo traät töï
saép xeáp muïc tieâu cuûa ngöôøi ra quyeát ñònh.
Thöïc hieän thöû nghieäm vaø phaân tích keát quaû: Chaïy
chöông trình moâ phoûng töông öùng coù nhöõng thoâng tin caàn
cho vieäc ra quyeát ñònh.
ÖU ÑIEÅM CUÛA MOÂ PHOÛNG
Cho pheùp ngöôøi söû duïng heä thoáng hay phaân tích öôùc
löôïng nhöõng heä thoáng ñöôïc yeâu caàu hay ra quyeát ñònh
maø khoâng caàn taïo ra chuùng hoaëc thöû nghieäm vôùi heä
thoáng ñang toàn taïi.
Moâ hình moâ phoûng deã hieåu hôn caùc phöông phaùp tieáp
caän phaân tích, phuø hôïp vôùi tình huoáng thöïc neân ñöôïc
tin töôûng hôn.
Khaû naêng moâ hình hoùa baát kyø giaû thieát naøo, ñaëc bieät
khi moâ hình phaân tích khoâng theå hoaëc khoâng toàn taïi.
GIÔÙI HAÏN CUÛA MOÂ PHOÛNG
Caàn thôøi gian daøi ñeå coù döõ lieäu ñaàu vaøo, xaây döïng moâ
hình moâ phoûng vaø chöông trình maùy tính vaø giaûi thích
keát quaû.
Caàn laëp laïi nhöõng laàn chaïy moâ phoûng nhieàu laàn ñeå
ñaëc tröng ñöôïc phaân boá cuûa keát quaû vaø nhaän dieän
ñöôïc keát quaû coù theå xaûy ra.
MOÂ HÌNH HOÙA VAØ MOÂ PHOÛNG BAÈNG
MAÙY TÍNH
Caùc böôùc thöïc hieän moâ hình hoùa vaø moâ phoûng baèng maùy tính
moät baøi toaùn
Moâ hình Maõ hoùa Maùy tính
Ñaàu vaøo
Ñaàu ra
MOÂ PHOÛNG CAÙC QUAÙ TRÌNH TRONG COÂNG NGHEÄ HOÙA HOÏC
Phöông phaùp tieáp caän baèng moâ phoûng soá lieäu thoáng keâ
Moâ phoûng soá lieäu thoáng keâ caùc ñaïi löôïng rôøi raïc
Phaân boá Bernoulli
Phaân boá nhò thöùc
Phaân boá nhò thöùc aâm
Phaân boá hình hoïc
Phaân boá sieâu hình hoïc
Phaân boá xaùc suaát ñeàu rôøi raïc
Phaân boá Poisson
Phaân boá daõy logarithm
Moâ phoûng soá lieäu thoáng keâ caùc ñaïi löôïng lieân tuïc
Phaân boá chuaån chính taéc
Phaân boá khi bình phöông
Phaân boá student
Phaân boá Fisher
MOÂ PHOÛNG CAÙC QUAÙ TRÌNH TRONG COÂNG NGHEÄ HOÙA
HOÏC
Moâ phoûng caùc moâ hình toaùn hoïc
Phöông phaùp sai phaân höõu haïn (FDM)
Böôùc moät: Taïo löôùi. Tieán haønh taïo löôùi baèng caùch rôøi raïc hoùa mieàn G
baèng caùc ñieåm löôùi mn. Caùc ñieåm m±1 vaø n±1 goïi laø caùc ñieåm keà cuûa ñieåm
mn. Caùc ñieåm thuoäc mieàn Gh goïi laø caùc ñieåm trong, caùc ñieåm khoâng thuoäc
Gh goïi laø caùc ñieåm bieân, kyù hieäu laø h.
Böôùc hai: Sai phaân hoùa caùc bieân kieän. ÔÛ böôùc naøy, phöông trình vi phaân
seõ ñöôïc xaáp xæ thaønh phöông trình sai phaân.
Böôùc ba: Laäp heä phöông trình sai phaân (coøn goïi laø döïng löôïc ñoà sai
phaân).
Böôùc boán: Giaûi heä phöông trình ñaïi soá ôû treân.
MOÂ PHOÛNG CAÙC QUAÙ TRÌNH TRONG COÂNG NGHEÄ HOÙA HOÏC
Moâ phoûng caùc moâ hình toaùn hoïc
Phöông phaùp phaàn töû höõu haïn (FEM)
Böôùc moät: Rôøi raïc hoaù mieàn khaûo saùt
Böôùc hai: Choïn haøm xaáp xæ thích hôïp
Böôùc ba: Xaây döïng phöông trình phaàn töû
Böôùc boán: Laép gheùp caùc phaàn töû
Böôùc naêm: aùp ñaët caùc ñieàu kieän bieân cuûa baøi toaùn
Böôùc saùu: giaûi heä phöông trình ñaïi soá
MOÂ PHOÛNG CAÙC QUAÙ TRÌNH TRONG COÂNG NGHEÄ HOÙA HOÏC
Phöông phaùp theå tích höõu haïn (FVM)
Böôùc moät: Taïo löôùi.
Böôùc hai: Tích phaân theo ñuùng caùc phöông trình ñaëc tröng cho doøng löu chaát
treân theå tích kieåm soaùt ñeå coù ñöôïc caùc phöông trình rôøi raïc taïi caùc ñieåm nuùt.
Böôùc ba: Rôøi raïc hoùa phöông trình tích phaân.
Böôùc boán: Rôøi raïc hoùa caùc ñieàu kieän bieân.
Böôùc naêm: Giaûi heä phöông trình ñaïi soá ôû treân.
0S
dx
d
dx
d
B A
W
P Caùc ñieåm nuùt The åtích kieåm soaùt
Bieân cuûa theå tích kieåm soaùt
E
0)V(S
dx
d
A
dx
d
AdVSdV
dx
d
dx
d
we)V()V(
2
PW
w
2
EP
e
PE
PE
ee
e x
A
dx
d
A
WP
WP
ww
w x
A
dx
d
A PPu
SS)V(S
uEe
PE
e
Ww
WP
w
PPw
WP
w
e
PE
e SA
x
A
x
SA
x
A
x
MOÂ PHOÛNG CAÙC QUAÙ TRÌNH TRONG COÂNG
NGHEÄ HOÙA HOÏC
Moâ phoûng caùc quaù trình ngaãu nhieân
Moâ phoûng Monte Carlo
Phöông phaùp böôùc ngaãu nhieân
Phöông phaùp laáy maãu quan troïng vaø thuaät toaùn
Metropolis
PHƯƠNG PHÁP THỂ TÍCH HỮU HẠN
GIẢI CÁC BÀI TOÁN
Böôùc moät: Taïo löôùi.
B A
W
P
Caùc ñieåm nuùt The åtích kieåm soaùt
Bieân cuûa theå tích kieåm soaùt
E
N
T
W
B
S
E
P
t
n s
w
b
e
S J-
1
N
E
W e w
s
n
j
J
j-1
J+
1
I+
1
i+
1
I i I-1
Thể tích kiểm
soát vô hướng
(phương trình
liên tục)
Sai phân hóa
Sgraddivudiv
t
)()()(
dtdVSdtdA)grad.(ndtdA)u.(ndVdt)(
t
tt
t V
tt
t A
tt
t AV
tt
t
dtV.Sdt)uA(dt)A(dVdt)(
t
tt
t
tt
t
tt
tV
tt
t
Tích phân theo thể tích hữu hạn rời rạc
V).(dVdt)(
t
0
PP
V
tt
t
Sai phân hóa
tt
t
btsnwe
tt
t
btsnwe
tt
t
tt
t
dt)uA()uA()uA()uA()uA()uA(
dt)
z
A()
z
A()
y
A()
y
A()
x
A()
x
A(
dt)uA(dt)A(
Rời rạc hoá phương trình tích phân
PW
wP
ww
PE
PE
ee
we x
A
x
A
x
A
x
A
PN
SP
ss
PN
PN
nn
sn
y
A
y
A
y
A
y
A
PB
BP
bb
PT
PT
tt
bt z
A
z
A
z
A
z
A
Đặt:
F = Au; D = A/xi,j
Rời rạc hoá phương trình tích phân
dtV.S
dt)(D)(D)(D)(D)(D)(D
dtFFFFFFV).(
tt
t
tt
t
BPbPTtSPsPNnwPwPEe
tt
t
bbttssnnwwee
0
PP
(*)
Rời rạc hoá phương trình tích phân
Để xác định vế phải của phương trình (*), tham số trọng
lượng nằm trong khoảng từ 0 đến 1 sẽ được áp dụng.
Các tích phân bên vế phải sẽ được viết lại như sau:
t])1(.[dtI 0PP
tt
t
P
(**)
Rời rạc hoá phương tr