[发明专利]复杂冶金过程模拟计算方法及系统

说明书

本发明涉及过程工程技术领域，公开一种复杂冶金过程模拟计算方法及系统，以快速获得入炉元素在冶炼过程达平衡时各相中的分配。本发明公开的方法包括：以反应体系总的吉布斯自由能函数为该数学模型的目标函数，以输入和输出冶炼过程体系中各种元素的质量相等为约束条件，建立多相平衡数学模型，并结合机械夹杂方程对该数学模型进行修正，然后采用粒子群算法求解多相平衡下各相中组分的摩尔数；所述粒子群算法根据迭代的更新机制，在迭代分界点之前利用邻域最优值对速度进行更新，在迭代分界点及之后利用全局最优值对速度进行更行；以及依据当前的速度获取更新步长用以更新粒子的位置信息，并更新种群及粒子的历史最优位置。

技术领域

本发明涉及过程工程技术领域，尤其涉及一种复杂冶金过程模拟计算方法及系统。

背景技术

目前复杂体系多相平衡计算在有机试剂分离过程设计中研究的比较多，如萃取、蒸馏等等方面。而随着计算机技术在硬件和软件方面的进步发展，涉及复杂化学反应的多相平衡计算成为可能。深入研究基于热力学原理的多相多组分反应体系数学模型，设计高效、鲁棒性好的多相平衡计算方法已成为冶金化工领域的一个重要课题且已经具有广泛的应用基础。相关多相平衡计算的理论方法对了解工艺机理十分重要，且其计算结果是相应过程操作、优化、设备设计的基础。

工业化生产过程向着连续化、大型化、复杂化的方向发展，各类复杂工程问题的优化计算方法成为人们亟需解决的问题之一。基于最小吉布斯自由能方法的多相平衡模型的求解即归属于工程类的优化问题。在求解实际优化问题过程当中，所建立的数学模型越来越复杂，且维数越来越高，很多时候其解析性质难以获知，而此时传统的确定性优化算法对初值要求较高，很难实现对这些问题的求解。此外，局部最优解的个数往往在问题规模增大时会迅速增加，而从大量的局部最优解中获得其中的全局最优解是非常具有挑战性。因而需要寻求更加高效的方法和机制实现优化问题中全局最优解的求解。

发明内容

本发明目的在于公开一种复杂冶金过程模拟计算方法及系统，以快速获得入炉元素在冶炼过程达平衡时各相中的分配。

为实现上述目的，本发明公开了一种复杂冶金过程模拟计算方法，包括：

以反应体系总的吉布斯自由能函数为该数学模型的目标函数，以输入和输出冶炼过程体系中各种元素的质量相等为约束条件，建立多相平衡数学模型：

min f(x)

st.A·x＝b

x＞0

矩阵A是由各相中各组分系数组成的原子系数矩阵，对应的b是由进入反应体系中各元素的总摩尔量组成的列向量，x为各相中各组分的摩尔数，f(x)为反应体系总吉布斯自由能；

采用粒子群算法求解多相平衡下各相中组分的摩尔数；所述粒子群算法包括：

第一步：设置粒子群优化算法的参数和要求的精度，前述粒子群优化算法的参数包括粒子数，迭代次数上限，以及速度由以邻域最优值过渡到全局最优值的迭代分界点；同时获取约束矩阵A以及b；

第二步：获取种群中粒子位置区间范围；

第三步：在粒子位置区间范围内随机初始化粒子群的位置信息，使得粒子的位置位于Ax＝b的超平面内，同时把两次随机初始化的位置信息相减赋给对应种群粒子的速度；

第四步：根据迭代的更新机制，在所述迭代分界点之前利用邻域最优值对速度进行更新，在所述迭代分界点及之后利用全局最优值对速度进行更行；以及依据当前的速度获取更新步长用以更新粒子的位置信息，并更新种群及粒子的历史最优位置；

第五步：检验迭代次数是否达到最初给定值，如达到，种群更新结束，否则返回第四步继续运行，得到平衡时各相中各组分的摩尔数。

本发明还公开一种执行上述方法的相应系统，至少包括：