專利名稱：基于狀態(tài)方程的偽密度根的熱力學過程控制的制作方法
基于狀態(tài)方程的偽密度根的熱力學過程控制
背景技術(shù)：
為了不斷提高運行效率，諸如化工廠、精煉廠、食品加工廠、制藥廠、釀酒廠及其它批量和連續(xù)工廠系統(tǒng)的工業(yè)工廠可以采用基于計算機的建模和仿真來優(yōu)化工廠運行。這些建模系統(tǒng)一般用于通過用計算機模型定義工廠的組件和設(shè)備，隨后利用數(shù)學計算來預計和/或揭示這些系統(tǒng)在相關(guān)參數(shù)變化時的行為，而仿真工廠。通過仿真對在真實情況下出現(xiàn)的各種變化的過程和工廠響應，這種建?？捎糜趲椭@種工廠的設(shè)計和運行，以及提供基于計算機的操作人員培訓，而不存在與使工廠遭受這些事件相關(guān)的危害或成本。另外，可以預測工廠行為，以便做出如果發(fā)生這些事件，那么應對這些事件的策略。通過預測系統(tǒng)變化，然后通過把模型產(chǎn)生的信息結(jié)合到工廠設(shè)備的控制回路中，相應地做出響應，這種建模還可用于幫助控制工廠運行。這些系統(tǒng)的建模一般涉及復雜的熱力學方程的迭代計算，以便精確地描述動態(tài)情況的靜態(tài)視圖?？紤]到這些系統(tǒng)的狀態(tài)快速變化，并且只能夠及時地計算離散時刻的限制，這種形式的建模會對計算機的中央處理器(CPU)提出相當大的需求，因為為了使模型保持最新，需要持續(xù)不斷地更新。這種沉重的處理負荷對以足以及時獲得預測模型的速度，提供精確的數(shù)據(jù)，以便搶先防止危急情況的能力提出了挑戰(zhàn)，從而使真實應用中的工廠控制變得困難或者不可能。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，公開一種系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括計算機系統(tǒng)、熱力學過程仿真應用和熱力學狀態(tài)方程應用。計算機系統(tǒng)包含至少一個處理器。當被計算機系統(tǒng)的所述至少一個處理器執(zhí)行時，熱力學狀態(tài)方程應用至少根據(jù)規(guī)定壓力、規(guī)定溫度和脫離狀態(tài)方程的第一偏離點，確定密度根。第一偏離點是根據(jù)在第一偏離點的狀態(tài)方程的壓力-密度之比，和在第一偏離點的狀態(tài)方程的壓力相對于密度的變化率之間的比例關(guān)系確定的，其中當規(guī)定壓力小于在第一偏離點的壓力時，以偽密度的形式確定密度根。熱力學過程仿真應用在計算機系統(tǒng)的所述至少一個處理器上運行，迭代地調(diào)用熱力學狀態(tài)方程應用，以根據(jù)熱力學狀態(tài)方程應用確定的密度根，確定結(jié)果。在一個實施例中，公開一種包含計算機系統(tǒng)、熱力學過程仿真應用和熱力學狀態(tài)方程應用的系統(tǒng)。計算機系統(tǒng)包含至少一個處理器。當被計算機系統(tǒng)的所述至少一個處理器執(zhí)行時，熱力學狀態(tài)方程應用至少根據(jù)規(guī)定壓力、規(guī)定溫度，規(guī)定組成和脫離狀態(tài)方程的第二偏離點，確定密度根。第二偏離點是至少部分根據(jù)狀態(tài)方程的壓力相對于密度的變化率和普適氣體常量之間的比例關(guān)系確定的。當規(guī)定壓力大于在第二偏離點的壓力時，以偽密度的形式確定密度根。熱力學過程仿真應用在計算機系統(tǒng)的所述至少一個處理器上運行，并且迭代地調(diào)用熱力學狀態(tài)方程應用，以根據(jù)熱力學狀態(tài)方程應用確定的密度根而確定結(jié)果。在一個實施例中，公開一種包含計算機系統(tǒng)、熱力學過程仿真應用和熱力學狀態(tài)方程應用的系統(tǒng)。計算機系統(tǒng)包含至少一個處理器。當被計算機系統(tǒng)的所述至少一個處理器執(zhí)行時，熱力學狀態(tài)方程應用至少根據(jù)規(guī)定壓力P、規(guī)定溫度、規(guī)定組成和脫離狀態(tài)方程的第一偏離點(Pdpl，Pdpl)，確定密度根Ρ，其中當規(guī)定壓力小于Pdpl時，根據(jù)包含密度平方項的外推方程，以偽密度的形式確定密度根ρ。當被計算機系統(tǒng)的所述至少一個處理器執(zhí)行時，熱力學過程仿真應用迭代地調(diào)用熱力學狀態(tài)方程應用，以根據(jù)熱力學狀態(tài)方程應用確定的密度根而確定結(jié)果。系統(tǒng)處理處理由熱力學過程仿真應用確定的結(jié)果，以執(zhí)行下述動作組中的至少一個動作控制熱力學過程控制組件，培訓熱力學過程控制組件的操作人員，預測熱力學過程控制組件的失效時間，和驗證熱力學過程控制組件的設(shè)計。在一個實施例中，公開一種包含計算機系統(tǒng)、熱力學過程仿真應用和熱力學狀態(tài)方程應用的系統(tǒng)。計算機系統(tǒng)包含至少一個處理器。當被計算機系統(tǒng)的所述至少一個處理器執(zhí)行時，熱力學狀態(tài)方程應用至少根據(jù)規(guī)定壓力P、規(guī)定溫度、規(guī)定組成和脫離狀態(tài)方程的第二偏離點(Pdp2，Pdp2)，確定密度根P，其中當規(guī)定壓力大于Pdp2時，根據(jù)以下外推方程，以偽密度的形式確定密度根ρ
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括包括至少一個處理器的計算機系統(tǒng)；熱力學過程仿真應用；和熱力學狀態(tài)方程應用，當被計算機系統(tǒng)的所述至少一個處理器執(zhí)行時，熱力學狀態(tài)方程應用至少根據(jù)規(guī)定壓力、規(guī)定溫度和脫離狀態(tài)方程的第一偏離點而確定密度根，其中第一偏離點是根據(jù)在第一偏離點的狀態(tài)方程的壓力-密度之比與在第一偏離點的狀態(tài)方程的壓力相對于密度的變化率之間的比例關(guān)系確定的，并且其中當規(guī)定壓力小于在第一偏離點的壓力時，以偽密度的形式確定密度根，其中熱力學過程仿真應用在計算機系統(tǒng)的所述至少一個處理器上運行，并且迭代地調(diào)用熱力學狀態(tài)方程應用，以根據(jù)熱力學狀態(tài)方程應用確定的密度根而確定結(jié)果。
2.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)處理熱力學過程仿真應用確定的結(jié)果，以執(zhí)行下述動作組中的至少一個動作控制熱力學過程控制組件，培訓熱力學過程控制組件的操作人員，預測熱力學過程控制組件的失效時間，和驗證熱力學過程控制組件的設(shè)計。
3.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中第一偏離點被確定為在衍生于狀態(tài)方程的規(guī)定溫度下的壓力P-密度P的等溫曲線上的點(Pdpl，Pdpl)，其中其中β是在約束條件β >0.5下選擇的常數(shù)，其中7是狀態(tài)方程的壓力P相對于密度P的偏導數(shù)，并且其中Ω是可選偏移量。
4.按照權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中常數(shù)β被選擇成具有在0.7 3.0的范圍中的值。
5.按照權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中常數(shù)β被選擇成具有約1.0的值。
6.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中偽密度是根據(jù)包括密度平方項的第一外推方程確定的。
7.按照權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中第一偏離點被指定為點(Pdpl，Pdpl)，并且其中第一外推方程為P = Pdpi+b(p-pdpi)+c(p-pdpi)2其中b和C是常數(shù)。Qp
8.按照權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中常數(shù)6= ^^ Lpl，在第一偏離點，在溫度T下，狀態(tài)方程的壓力P相對密度P的偏導數(shù)值。
9.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中第一偏離點被指定為點(Pdpl，Pdpl)，其中進一步根據(jù)規(guī)定相和指定為點(Pdp2，Pdp2)的脫離狀態(tài)方程的第二偏離點而確定密度根，其中Pdp2小于P dpl，其中當規(guī)定相為相2，并且規(guī)定壓力大于Pdp2時，以偽密度的形式確定密度根，并且其中當規(guī)定相為相1，并且規(guī)定壓力小于Pdpl時，以偽密度的形式確定密度根。
10.按照權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中當規(guī)定相為相2，并且規(guī)定壓力P大于Pdp2時，根據(jù)在高規(guī)定壓力下漸近地逼近狀態(tài)方程的第二外推方程而確定偽密度。
11.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述結(jié)果是閃蒸器中的閃蒸狀況，蒸餾塔中的蒸餾狀況，吸收塔中的吸收狀況，汽提塔中的汽提狀況。
12.—種系統(tǒng)，包括包括至少一個處理器的計算機系統(tǒng)；熱力學過程仿真應用；和熱力學狀態(tài)方程應用，當被計算機系統(tǒng)的所述至少一個處理器執(zhí)行時，熱力學狀態(tài)方程應用至少根據(jù)規(guī)定壓力、規(guī)定溫度、規(guī)定組成和脫離狀態(tài)方程的第二偏離點而確定密度根，其中第二偏離點是至少部分地根據(jù)狀態(tài)方程的壓力相對于密度的變化率與普適氣體常量之間的比例關(guān)系確定的，并且其中當規(guī)定壓力大于在第二偏離點的壓力時，以偽密度的形式確定密度根，其中熱力學過程仿真應用在計算機系統(tǒng)的所述至少一個處理器上運行，并且迭代地調(diào)用熱力學狀態(tài)方程應用，以根據(jù)熱力學狀態(tài)方程應用確定的密度根而確定結(jié)果。
13.按照權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)處理熱力學過程仿真應用確定的結(jié)果，以執(zhí)行下述動作組中的至少一個動作控制熱力學過程控制組件，培訓熱力學過程控制組件的操作人員，預測熱力學過程控制組件的失效時間，和驗證熱力學過程控制組件的設(shè)計。
14.按照權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中第二偏離點被確定為在衍生于狀態(tài)方程的規(guī)定溫度下的壓力P-密度P的等溫曲線上的點(Pdp2，Pdp2)，其中 其中α =f(T)，其中α是小于或等于1.0的非負數(shù)，其中R是普適氣體常量，其中 Lpl是與對于規(guī)定溫度Τ，在第一偏離點的狀態(tài)方程的壓力P相對于密度P的偏導數(shù)值相等的常數(shù)，并且其中Δ是零值、常數(shù)值、溫度T的函數(shù)和壓力P的函數(shù)之一。
15.按照權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中對于T的所有非負值，f(T) = 1.0。
16.按照權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中當T大于2000K時，f(T)小于0. 2。
17.按照權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中第二偏離點被指定為點(Pdp2，Pdp2)，其中進一步根據(jù)規(guī)定相1和脫離狀態(tài)方程的第一偏離點(P dpl，Pdpl)而確定密度根，其中P dp2小于P dpl，其中當規(guī)定相為相2并且規(guī)定壓力大于Pdp2時，以偽密度的形式確定密度根，并且其中當規(guī)定相為相1并且規(guī)定壓力小于Pdpl時，以偽密度的形式確定密度根。
18.按照權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中第一偏離點(Pdpl，Pdpl)被確定為按照狀態(tài)方程的壓力P-密度P的等溫曲線上的點，在該點，所述等溫曲線在第一偏離點的切線近似與經(jīng)過第一偏離點(P dpl，Pdpl)和點(P = 0，P = 0)的直線重合。
19.按照權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中由所述切線與經(jīng)過點(Pdpl，Pdpl)和點(P=0，P = O)的直線形成的銳角小于20°。
20.按照權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中第二偏離點被指定為點(Pdp2，Pdp2)，其中偽密度是根據(jù)包括密度平方項的第二外推方程確定的。
21.按照權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中第二外推方程是P = C 擔〕“閱“J其中d，g，k和m是常數(shù)。
22.—種系統(tǒng)，包括包括至少一個處理器的計算機系統(tǒng)；熱力學過程仿真應用；和熱力學狀態(tài)方程應用，當被計算機系統(tǒng)的所述至少一個處理器執(zhí)行時，熱力學狀態(tài)方程應用至少根據(jù)規(guī)定壓力P、規(guī)定溫度、規(guī)定組成和脫離狀態(tài)方程的第一偏離點(P dpl，Pdpl)而確定密度根P，其中當規(guī)定壓力小于Pdpl時，根據(jù)包括密度平方項的外推方程，以偽密度的形式確定密度根P，其中熱力學過程仿真應用在計算機系統(tǒng)的所述至少一個處理器上運行，并且迭代地調(diào)用熱力學狀態(tài)方程應用，以根據(jù)熱力學狀態(tài)方程應用確定的密度根而確定結(jié)果，和其中系統(tǒng)處理由熱力學過程仿真應用確定的結(jié)果，以執(zhí)行下述動作組中的至少一個動作控制熱力學過程控制組件，培訓熱力學過程控制組件的操作人員，預測熱力學過程控制組件的失效時間，和驗證熱力學過程控制組件的設(shè)計。
23.按照權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中外推方程是P = Pdpi+b(P-Pdpl)+c(p-Pdpl)2+r其中b和c是常數(shù)，Γ是可選偏移量。
24.按照權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中常數(shù)
25.按照權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中常數(shù)
26.按照權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中常數(shù)d= sp_P dpl)，其中zdpl是與在規(guī)定溫度T、壓力Pdpl和密度P dpl下的可壓縮性相等的常數(shù)，并且其中P sp是在狀態(tài)方程的等溫曲線的旋節(jié)點的規(guī)定溫度T下的密度。
27.—種系統(tǒng)，包括包括至少一個處理器的計算機系統(tǒng)；熱力學過程仿真應用；和熱力學狀態(tài)方程應用，當被計算機系統(tǒng)的所述至少一個處理器執(zhí)行時，熱力學狀態(tài)方程應用至少根據(jù)規(guī)定壓力P、規(guī)定溫度、規(guī)定組成和脫離狀態(tài)方程的第二偏離點(P dp2，Pdp2)而確定密度根P，其中當規(guī)定壓力大于Pdp2時，根據(jù)以下外推方程，以偽密度的形式確定密度根P
28.按照權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中常數(shù)
29.按照權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中常數(shù)g= k P dp2，常數(shù)k乘以在規(guī)定溫度T狀態(tài)方程的在第二偏離點的密度值的乘積。
30.按照權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中常數(shù)m= eK_l，其中R是普適氣體常量，并且e是自然對數(shù)。
31.一種系統(tǒng)，包括包括至少一個處理器的計算機系統(tǒng)；熱力學過程仿真應用；和熱力學狀態(tài)方程應用，當被計算機系統(tǒng)的所述至少一個處理器執(zhí)行時，熱力學狀態(tài)方程應用至少根據(jù)規(guī)定壓力、規(guī)定溫度、規(guī)定組成、規(guī)定相、脫離狀態(tài)方程的第一偏離點和脫離狀態(tài)方程的第二偏離點而確定密度根，其中第一偏離點被確定為在衍生于狀態(tài)方程的規(guī)定溫度下的壓力P-密度P的等溫曲線上的點(Pdpl，Pdpl)，其中
32.按照權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中當規(guī)定相是相1并且當規(guī)定壓力小于Pdpl時，根據(jù)第一外推方程，以偽密度的形式確定密度根P P = Pdpi+b(p-pdpi)+c(p-pdpi)2其中b和C是常數(shù)，并且其中當規(guī)定相是相2并且規(guī)定壓力大于Pdp2時，根據(jù)第二外推方程，以偽密度的形式確定密度根P
33.按照權(quán)利要求31，其中系統(tǒng)處理用熱力學過程仿真應用確定的結(jié)果，以執(zhí)行以下動作組中的至少一種動作控制熱力學過程控制組件，培訓熱力學過程控制組件的操作人員，預測熱力學過程控制組件的失效時間，和驗證熱力學過程控制組件的設(shè)計。
34.一種熱力學建模系統(tǒng)的計算機程序產(chǎn)品，所述計算機程序產(chǎn)品包括具有包含于其中的計算機可用程序代碼的計算機可讀存儲介質(zhì)；計算機可用程序代碼，所述計算機可用程序代碼至少根據(jù)規(guī)定壓力、規(guī)定溫度、規(guī)定狀態(tài)和脫離狀態(tài)方程的第一偏離點而確定密度根，其中第一偏離點是根據(jù)在第一偏離點的狀態(tài)方程的壓力-密度之比與在第一偏離點的狀態(tài)方程的壓力相對于密度的變化率之間的比例關(guān)系確定的，其中當規(guī)定狀態(tài)是第一狀態(tài)并且規(guī)定壓力小于在第一偏離點的壓力時，以偽密度的形式確定密度根。
35.按照權(quán)利要求34所述的計算機程序產(chǎn)品，其中計算機可用程序代碼還根據(jù)密度根而確定結(jié)果。
36.按照權(quán)利要求34所述的計算機程序產(chǎn)品，其中第一偏離點被確定為在衍生于狀態(tài)方程的規(guī)定溫度下的壓力P-密度ρ的等溫曲線上的點(Pdpl，Pdpl)，其中
37.按照權(quán)利要求36所述的計算機程序產(chǎn)品，其中計算機可用程序代碼還至少部分根據(jù)脫離狀態(tài)方程的第二偏離點而確定密度根，其中第二偏離點是至少部分根據(jù)狀態(tài)方程的壓力相對于密度的變化率與普適氣體常量之間的比例關(guān)系確定的，并且其中當狀態(tài)是第二狀態(tài)并且當規(guī)定壓力大于在第二偏離點的壓力時，以偽密度的形式確定密度根。
38.按照權(quán)利要求37所述的計算機程序產(chǎn)品，其中第二偏離點被確定為在衍生于狀態(tài)方程的規(guī)定溫度下的壓力P-密度ρ的等溫曲線上的點(Pdp2，Pdp2)，其中+I =0^φ J v 'dp 丨辦1其中α =f(T)，其中α是小于或等于1.0的非負數(shù)，其中R是普適氣體常量，其中QpLpl是與對于規(guī)定溫度Τ，在第一偏離點的狀態(tài)方程的壓力P相對于密度P的偏導數(shù)值相等的常數(shù)。
全文摘要
提供一種包括計算機、熱力學過程仿真應用和熱力學狀態(tài)方程應用的熱力學建模系統(tǒng)。熱力學狀態(tài)方程應用根據(jù)脫離狀態(tài)方程的第一和第二偏離點，并且根據(jù)第一和第二外推方程，確定密度根。第一偏離點滿足壓力相對于密度的偏導數(shù)＝第一常數(shù)×壓力/密度+第二常數(shù)的方程。在相2下，當規(guī)定壓力大于第二偏離點壓力時，和在相1下，當規(guī)定壓力小于第一偏離點壓力時，以偽密度的形式確定密度根。熱力學過程仿真應用調(diào)用熱力學狀態(tài)方程應用，以根據(jù)密度根確定結(jié)果。
文檔編號G06F15/16GK102597988SQ201080046140
公開日2012年7月18日 申請日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月25日
發(fā)明者D·J·范伯爾森, D·布拉克, G·徐, I·H·伯伊斯 申請人:因文西斯系統(tǒng)公司