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上海交通大学机械与动力工程学院专业学位课程内容介绍《热力系统仿真与建模》

上海交通大学 免费考研网/2013-01-07


《热力系统仿真与建模》

课程代码E020604学分/学时2.0/36开课时间春,秋
课程名称热力系统仿真与建模
开课学院机械与动力工程学院
任课教师张会生
面向专业
预修课程传热学、工程热力学、计算方法
课程讨论时数0 (小时)课程实验数0 (小时)
课程内容简介

系统仿真与建模由于其强大的预测和显示实际工作过程正逐渐受到各行各业的重视。热动力系统是一类十分复杂的大型系统,其性能分析对于提高系统效率和改进系统具有十分重要的意义。建模与仿真课程将针对常见的热动力系统(如电厂系统、舰船动力系统、车辆动力系统、制冷系统等),利用模块化建模的方法,对系统的性能进行分析和研究。从而为热动力系统的性能分析提供工具和方法。这是一门实用性很强的课程,而且已成为热动力系统分析和性能研究的高级技术人员必须掌握的基本知识和技能之一。 本课程主要介绍利用数学建模技术和计算机仿真技术对热力系统中的复杂过程进行仿真研究和性能分析,从而更好的为系统优化和系统设计提供快捷、实用的工具。教学内容包括数学建模的基本方法、热力系统中典型部件的基本数学模型和仿真模型、热力系统的性能分析。了解和熟悉系统仿真的基本软件(如MATLAB、EASY5)以及进行系统性能分析的技术,熟悉和掌握模块化建模技术以及利用程序设计语言和Matlab仿真平台进行仿真分析的技术。使学生了解并掌握系统仿真与建模的基本方法以及使用仿真软件的基本技能,为在今后的工程设计和研究工作中能熟练应用仿真方法和工具打下良好的基础。

课程内容简介(英文)

This course provides an introduction to conception, method and application on modeling and simulation of thermal dynamic system. The objective of this course is to let students master the basic modular modeling method of thermal system and the fundamental mathematic and simulation model of individual components. In addition, some applications based on the famous simulation software platforms(such as EASY5, MATLAB) will be introduced to students. The specific contents covered are:1. Basic concept of system modeling and simulationThe concept, aim and application field of system modeling and simulation should be understood. The basic modeling techniques such as modular modeling, object-oriented modeling and framework of common simulation software should be known.2. Establishment of basic conservation equationMaster the modeling method using control volume and the conversion techniques of partial differential equations to ordinary differential equations.3. Constitutive relationsKnow the basic constitutive relation of heat transfer, fluids mechanics.4. Component models of thermal systemDetailed model of individual components (like compressor, combustion chamber, volume, rotor etc.) will be explained5. Introduction to simulation platformModeling techniques as well as the basic framework of the simulation platforms like Matlab and Easy5 will be introduced and analyzed.6. Brief introduction to simulation applications

教学大纲

本课程将分为七部分:1系统仿真与建模的基本概念了解系统仿真的概念、作用、应用领域;了解模块化建模、面向对象建模等基本建模技术与仿真软件的基本知识。2 热力系统基本守恒方程的建立熟悉和掌握热力系统中控制体守恒方程推导、偏微分方程到常微分方程的转换的基本技术,为简化模型的求解提供方法。3 热力系统本构关系建立熟悉和掌握传热关系(包括传导、对流、辐射、冷凝、沸腾等过程)、流动过程(壁面应力的影响过程)以及燃烧过程(焓的变化过程)中基本本构关系的建立,并掌握系统模型简化的基本策略。4 热力系统部件模型熟悉和掌握热力系统中各种典型部件(如热交换器、压气机等)的基本数学模型,并能根据数学模型建立相应的仿真模型。5 热力系统仿真中典型问题分析了解热力系统中热惯性、容积惯性和转动惯性对系统动态性能的影响特性;掌握输运延迟问题的处理技术;差分过程中可能出现的“跷跷板”现象的处理技术;集总参数模型建立与验证技术等。6仿真平台简介熟悉和掌握MATLAB通用仿真平台中基本建模技术以及利用simulink, S-function等进行建模的技术。了解波音公司大型仿真软件Easy5的基本建模和仿真分析技术。7 仿真实例简介了解一些热力系统的仿真实例,如余热锅炉系统、燃气轮机系统、混合电动汽车系统、简单制冷循环、燃料电池、联合循环系统等

课程进度计划

系统仿真与建模的基本概念3热力系统基本方程的建立4热力系统本构关系建立 2热力系统部件模型 2热力系统仿真中典型问题分析 2仿真平台简介 2熟悉Matlab仿真环境 2熟悉模块化建模的程序框架及实现4熟悉simulink工具的常用模块及其s函数的实现过程3典型系统仿真试验2仿真实例简介4课程设计 6

课程考核要求

针对具体热力系统,进行基本守恒方程的推导和相应本构关系的建立,并给出相应的仿真求解方法;进行典型部件的数学建模、仿真实现以及对输运现象,跷跷板现象等的仿真实现;利用已学知识,完成对一自己所熟悉领域的热力系统(或给定的热力系统)的建模,仿真实现以及结果分析,并撰写相关的分析报告(要求提交相关的程序及说明)。

参 考 文 献
  • 1. 倪维斗;热动力系统建模与控制的若干问题;科学出版社;19962. 王广军、辛国华;热力系统动力学;科学出版社;1997
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