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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