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第1篇 概念先导篇3

第1章 热力系统建模与仿真概论3

1.1 热力系统建模与仿真基本概念3

1.1.1 仿真技术3

1.1.2 计算机仿真4

1.1.3 系统建模5

1.1.4 模型求解6

1.1.5 热力系统7

1.2 建模与仿真的发展历程7

1.2.1 热力系统建模8

1.2.2 热力系统仿真8

1.3 建模与仿真基础10

1.3.1 变量分类10

1.3.2 系统模型分类11

1.3.3 空间分布模型12

1.3.4 时间变量的连续性13

1.3.5 因变量的量化13

1.3.6 参数变化14

1.3.7 叠加性15

1.3.8 相似系统16

参考文献17

第2篇 建模篇21

第2章 基于守恒定律的动态模型建立21

2.1 基本守恒方程的建立21

2.1.1 偏微分方程表达式21

2.1.2 常微分方程表达式25

2.1.3 守恒方程的变换29

2.1.4 守恒方程的其他表达形式33

2.2 常规辅助方程的建立36

2.2.1 传热过程37

2.2.2 流动过程48

2.2.3 燃烧过程51

2.3 本章小结52

参考文献52

第3章 数据驱动建模54

3.1 数据驱动建模的基本概念54

3.1.1 数据驱动建模定义与基本原理54

3.1.2 数据驱动建模发展历史55

3.2 数据驱动建模过程56

3.2.1 建模步骤57

3.2.2 基本要素58

3.2.3 数据驱动模型59

3.2.4 模型结构参数60

3.3 线性系统的数据驱动建模方法62

3.3.1 最小二乘法62

3.3.2 加权最小二乘法64

3.4 非线性系统的数据驱动方法65

3.4.1 非线性模型回归方法简介65

3.4.2 支持向量回归机67

3.5 热力系统数据驱动模型建模案例72

3.5.1 燃料电池温度模型72

3.5.2 燃料电池数据驱动温度模型73

3.6 本章小结76

参考文献76

第4章 混合建模78

4.1 混合建模简介78

4.2 混合建模方法79

4.2.1 常见的混合建模方法79

4.2.2 方法对比与分析82

4.3 热力系统混合建模案例83

4.3.1 燃气轮机的建模方法介绍84

4.3.2 燃气轮机混合建模的方案介绍84

4.3.3 结果分析85

4.4 本章小结93

参考文献93

第5章 灰色模型94

5.1 灰色系统概述94

5.2 灰色模型简介95

5.2.1 灰色模型序列生成95

5.2.2 灰色模型建模过程96

5.2.3 典型灰色模型GM（1，n）97

5.3 灰色关联分析99

5.3.1 数据序列的表示100

5.3.2 灰色序列的数据前处理100

5.3.3 灰色关联系数与灰色关联度101

5.3.4 灰色关联度的性质与灰色关联公理102

5.3.5 灰色关联分析模型103

5.4 灰色模型案例分析104

5.4.1 燃气轮机热力参数的关联性分析104

5.4.2 在微型燃气轮机性能评价中的应用106

5.5 本章小结108

参考文献108

第3篇 仿真篇113

第6章 热力系统模块化建模与仿真技术113

6.1 热力系统建模与仿真技术的发展113

6.1.1 热力系统建模技术的发展113

6.1.2 热力系统仿真模型的发展114

6.2 热力系统模块化建模115

6.2.1 模块的概念115

6.2.2 模块化建模方法116

6.2.3 模块之间连接关系的处理规则117

6.2.4 热力系统非迭代动态模型的求解119

6.3 热力系统建模与仿真平台119

6.3.1 IPSEpro热力仿真平台121

6.3.2 EASY5仿真平台127

6.3.3 Matlab/Simulink仿真平台129

6.4 本章小结130

参考文献131

第7章 热力系统仿真中的代数方程求解133

7.1 热力系统模型中的代数方程133

7.1.1 热力系统模型中代数方程特点138

7.1.2 代数方程求解要求138

7.2 常规求解方法139

7.2.1 线性方程组的数值解法139

7.2.2 线性方程组的直接解法140

7.2.3 线性方程组的迭代解法141

7.2.4 非线性方程及方程组的数值解法143

7.3 基于智能算法的求解方法148

7.3.1 方程（组）求解与最优化149

7.3.2 遗传算法149

7.3.3 模拟退火算法151

7.3.4 粒子群算法152

7.3.5 布谷鸟算法154

7.3.6 神经网络算法156

7.4 本章小结157

参考文献157

第8章 热力系统仿真中的微分方程求解159

8.1 热力系统与微分方程159

8.1.1 热力系统模型中微分方程特点160

8.1.2 微分方程求解要求160

8.2 定步长算法161

8.2.1 单步法161

8.2.2 多步法170

8.3 变步长算法177

8.3.1 变步长基本思想177

8.3.2 变步长龙格-库塔法177

8.4 数值解法的收敛性与稳定性179

8.4.1 收敛性179

8.4.2 稳定性180

8.5 本章小结181

参考文献182

第4篇 实战应用篇185

第9章 热力系统常见部件模块库开发实例185

9.1 压气机模块185

9.1.1 压气机建模简介185

9.1.2 压气机模型接口185

9.1.3 压气机模型数学描述186

9.2 燃烧室模块186

9.2.1 燃烧室建模简介186

9.2.2 燃烧室模型接口187

9.2.3 燃烧室模型数学描述187

9.3 涡轮机模块187

9.3.1 涡轮机模型简介188

9.3.2 涡轮机模型接口188

9.3.3 涡轮机模型数学描述188

9.4 转子模块189

9.4.1 转子模块简介189

9.4.2 转子模型接口189

9.4.3 转子模型数学描述189

9.5 容积模块190

9.5.1 容积模块简介190

9.5.2 容积模块接口190

9.5.3 容积模块数学描述190

9.6 气化炉模块191

9.6.1 气化炉模块简介191

9.6.2 气化炉模块接口191

9.6.3 气化炉模块数学描述192

9.7 阀门模块194

9.7.1 阀门模块简介194

9.7.2 阀门模块接口195

9.7.3 阀门模块数学描述195

9.8 本章小结195

参考文献196

第10章 常见热力系统建模与仿真实例197

10.1 整体煤气化联合循环系统仿真197

10.2 燃料电池-燃气轮机混合装置仿真200

10.2.1 系统介绍201

10.2.2 系统仿真模型建立201

10.2.3 仿真结果分析202

10.3 湿空气涡轮机循环系统仿真204

10.3.1 系统介绍204

10.3.2 系统建模与仿真205

10.3.3 仿真结果分析206

10.4 能源互联网系统仿真209

10.4.1 系统介绍209

10.4.2 基于能量枢纽的系统模型211

10.4.3 算例分析212

10.5 本章小结216

参考文献216