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第一章 热能系统工程与计算技术概论1

第一节 热能系统与热能系统工程的基本概念1

一、热能系统的基本概念及特点1

二、热能系统工程的基本概念2

第二节 热能系统分析与综合的主要内容和步骤3

一、热能系统分析与综合的主要内容3

二、热能系统分析与综合的步骤4

第三节 热能系统分析与综合的方法与手段6

一、热力学分析方法6

二、数学规划方法6

三、计算机的应用6

第四节 几种常用的数值计算技术7

一、代数方程迭代算法7

二、最小二乘法曲线拟合11

第二章 介质热力参数的计算15

第一节 介质热力参数的计算方法16

一、介质热力参数计算的计算机方法16

二、介质参数计算的热力学方法17

第二节 水与水蒸气热力参数的计算26

一、工业用IFC公式26

二、适用于中低参数的BTИ公式27

三、水与水蒸气参数的AE公式31

第三节 燃气热力参数的计算34

一、燃气的焓与熵的低阶近似计算公式34

二、燃气热力参数的分段拟合五阶多项式35

三、燃气热力参数的高阶拟合多项式37

第四节 计算机上的物性系统数据库39

一、物性系统数据库概述39

二、物性系统数据库的建立基础40

三、物性系统数据库的实现40

第三章 热能系统的热力学分析42

第一节 ？的基本概念及主要表达式42

一、热量？与冷量？43

二、封闭系统的内能？45

三、稳定流动系统的焓火？48

四、有化学反应系统的火用50

第二节 热力过程的？效率与？损失系数54

一、热力过程的火用效率54

二、热力过程的？损失系数55

三、热力过程性质与效率的关系55

四、稳定流动过程的？效率与火用损失55

五、几种典型不可逆过程的损失计算式61

第三节 热力过程的？平衡及？平衡方程式66

一、封闭系统热力过程的火用平衡方程式66

二、开口系统中稳定流动过程的火用平衡方程式67

三、循环过程的？平衡方程式71

第四节 典型热能系统的？分析与应用算例73

一、热交换系统的？分析与计算73

二、锅炉装置的？分析与计算79

第四章 热能系统的稳态模拟85

第一节 热能系统模拟的基本概念85

一、热能系统模拟的定义85

二、数学模型的类型与建立86

三、热能系统模拟的任务和类型88

第二节 系统模拟的数学模型解算方法90

一、序贯模块法90

二、联立方程法91

三、联立模块法91

第三节 热能系统的单元模型与模拟92

一、流股模型与自由度分析92

二、单元模型的本质与类型93

三、典型单元模型的建立95

四、换热器的模拟100

第四节 热能系统的结构模型与系统分解106

一、系统结构模型的表示106

二、信息流图与流程描述108

三、系统结构模型的分解109

第五节 序贯模块法的断裂和收敛方法112

一、断裂及其准则113

二、最优断裂流股的确定114

三、断裂流股的加速收敛115

第六节 联立方程法中非线性方程组的求解116

一、联立方程的建立及其稀疏性116

二、大型稀疏非线性方程组的分隔降阶解法118

三、非线性方程组求解的牛顿-拉夫森迭代法121

第七节 蒸汽动力系统的模拟实例124

一、序贯模块法蒸汽动力系统的模拟125

二、联立方程法蒸汽动力系统的模拟127

第五章 热能系统的最优化131

第一节 数学规划的基本概念131

一、数学规划问题131

二、凸集和凸函数133

三、极值存在的条件134

四、Kuhn-Tucker条件136

第二节 线性规划137

一、线性规划的基本理论137

二、单纯形法138

三、改进单纯形法141

四、对偶线性规划142

第三节 无约束非线性规划143

一、一维最优化144

二、最速下降法144

三、牛顿法144

四、共轭梯度法145

五、变尺度法145

六、Hooke-Jeeves方法146

七、Rosenbrock方法147

八、Powell方法148

九、单纯形法148

第四节 有约束非线性规划150

一、线性规划逼近法151

二、SUMT内外点法151

三、乘子法153

四、可行方向法154

五、复形法157

第五节 整数线性规划158

一、松弛与分解159

二、分枝限界法160

三、割平面法160

四、MILP程序简介162

第六节 热能系统最优化设计的数学模型163

一、最优化设计数学模型163

二、相关变量和独立变量的确定164

三、目标函数和约束函数的建立166

四、热能系统的最优化策略167

第七节 热能系统最优化应用实例169

一、热工状态参数最优设计169

二、设备设计参数最优设计173

三、混合型参数最优设计174

第六章 换热器网络系统综合177

第一节 换热器网络及其综合方法简述177

一、换热器网络及问题表述177

二、换热器网络的综合方法180

第二节 换热器网络综合的直观推断-调优法181

一、换热器网络综合中的直观推断规则182

二、换热器网络的调优规则182

第三节 换热器网络的夹点及最小公用工程消耗183

一、复合T-H曲线与夹点184

二、最小公用工程消耗及问题表格算法186

三、夹点的特性——最低能耗原则188

第四节 换热网络综合的夹点设计法190

一、夹点匹配的可行性规则190

二、物流间匹配换热的经验规则193

三、夹点设计法194

第五节 夹点技术的网络调优195

一、最少换热设备台数195

二、能量消耗与投资费用的权衡198

第六节 夹点技术的门槛、分流与网络改造问题202

一、非夹点问题——门槛问题203

二、流股的分流203

三、夹点技术的换热网络改造205

第七节 换热网络中的热功集成209

一、公用工程的选择209

二、换热网络中的热功集成211

三、热功集成的热负荷和温位限制215

第七章 热能系统最优综合217

第一节 系统综合的基本概念和方法217

一、系统设计与系统综合217

二、系统综合的步骤和问题218

三、系统综合的基本方法219

四、结构参数法的超结构与MIP解法220

第二节 公用工程系统的最优综合223

一、MIP模型的建立与线性化223

二、公用工程系统的最优综合模型225

三、应用算例229

第三节 换热器网络系统综合的结构优化法231

一、转运模型232

二、最小公用工程费用问题233

三、最少换热设备台数问题235

四、系统集成的转运模型236

五、换热器网络最优综合的步骤236

第四节 生产过程系统综合与总体系统综合的联合优化策略238

一、生产过程系统的MILP模型的建立239

二、总体系统综合的联合优化策略240

第五节 柔性系统问题与柔性已知的系统综合242

一、热能系统的柔性问题242

二、柔性系统的多阶段最优综合245

三、已知不确定性范围的柔性系统综合247

第六节 最优柔性系统综合251

一、柔性指数与最优柔性综合问题251

二、角点检验法253

三、换热网络柔性分析实例254

四、系统柔性改造最优综合策略258

附录Ⅰ 水蒸气性质计算的IFC程序260

附录Ⅱ 各种物质定压摩尔热容、摩尔焓和摩尔熵的温度多项式及常数270

附录Ⅲ 混合整数线性规划（MILP）程序276

参考文献293