[发明专利]一种基于数字孪生的冷箱设备数学建模方法、装置、存储介质及设备

说明书

本发明涉及一种基于数字孪生的冷箱设备数学建模方法、装置、存储介质及设备。本发明适用于化工设备仿真领域。本发明的技术方案为一种基于数字孪生的冷箱设备数学建模方法，其特征在于获取用户配置的冷箱壳程结构参数及壳程进料物流的初始参数，该初始参数包括壳程内填充物质信息；获取用户配置的冷箱管程结构参数及管程内进料物流的初始参数，该初始参数包括管程物流股数和管程内填充物质信息；获取用户配置的区域数；基于区域数将冷箱沿壳程内物流流向切割成多段区域；基于壳程的结构参数和壳程进料物流的初始参数，以及管程的结构参数和管程进料物流的初始参数迭代计算管、壳程在各段区域出口的出口物流信息。

技术领域

本发明涉及一种基于数字孪生的冷箱设备数学建模方法、装置、存储介质及设备。适用于化工设备仿真领域。

背景技术

冷箱是用来实现冷、热流体之间热量交换的设备，在冷箱内可以使多股管程物流与壳程分区域进行热交换。冷箱分为管壳程，管壳程可以进行并流或逆流换热，壳程为1股进料，管程可以是多股进料，各物料间只进行热交换，不进行物质传递。现有的用于动态仿真系统的换热器建模计算模型参数计算存在计算量大或者仿真准确性不高的问题。

目前冷箱算法的研究主要集中在稳态模拟阶段，对冷箱设备进行动态数学建模的相对较少且基本都是用冷却曲线法实现的，但利用冷却曲线法计算误差较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种基于数字孪生的冷箱设备数学建模方法、装置、存储介质及设备。

本发明所采用的技术方案是：一种基于数字孪生的冷箱设备数学建模方法，其特征在于：

获取用户配置的冷箱壳程结构参数及壳程进料物流的初始参数，该初始参数包括壳程内填充物质信息；

获取用户配置的冷箱管程结构参数及管程内进料物流的初始参数，该初始参数包括管程物流股数和管程内填充物质信息；

获取用户配置的区域数；

基于区域数将冷箱沿壳程内物流流向切割成多段区域；

基于壳程的结构参数和壳程进料物流的初始参数，以及管程的结构参数和管程进料物流的初始参数迭代计算管、壳程在各段区域出口的出口物流信息。

所述初始参数信息包括温度、压力、质量流量、摩尔流量、组分摩尔或质量浓度；

所述出口物流信息包括温度、压力、质量流量、摩尔流量、组分摩尔、质量浓度、焓值、熵值、吉布斯自由能、内能。

所述基于壳程的结构参数和壳程进料物流的初始参数，以及管程的结构参数和管程进料物流的初始参数迭代计算各区域内管、壳程的出口物流信息，包括：

获取用户选择的冷箱管壳程换热方式，并流或逆流；

当选择并流时，壳程进料物流与壳程第一段区域内的物质混合、各管程进料物流分别与各管程第一段区域内的物质混合，调用多股流换热闪蒸计算，闪蒸结束后，超出第一段壳程的物流往第二段区域内流动，再与壳程第二段区域内的物质混合，管程也用相同方式处理，再次调用多股流闪蒸，计算得到管、壳程各段区域的温度；

当选择逆流时，各管程进料物流分别与各管程第一段区域内的物质混合，壳程物料与壳程最后一段区域内的物质混合混合，调用多股流换热闪蒸计算，闪蒸结束后超出第一段管程的物流往第二段区域内流动，超出第一段壳程的物流作为出口的物流，壳程的第二段物流与前一时刻第三段出口物流混合，再次调用多股流闪蒸，计算得到管、壳程各段区域的温度。

某段区域内调用多股流换热闪蒸计算，包括：

S1、假设壳程物流在该某段区域出口的初始温度为TnB0，且TnB1＝ TnB0+Tstep；