计算机类论文范本,与计算机引发化学工程革命相关论文开题报告

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进入21世纪,随着科学技术的飞速发展,电子计算机的应用已经渗透到各学科的每一个领域之中,各学科的进一步发展对计算机的依赖程度越来越高,化学工程学科也不例外.目前,计算机已经深入应用到化工模拟、计算化学和化工制图等化学工程学科的各个层面之中,对化学工程的发展起着巨大的促进推动作用.化学工作者应该抓住机遇,在新时期努力学习计算机知识、熟练掌握运用计算机,将其应用到化工设计、化学计算中去,使化工学科能够更快地发展.

化学工程作为一门基础学科,长期以来是以实验为基础发展起来的,是一门理论与实验相结合的学科.随着计算机技术和信息技术的发展日新月异,化学工程的研究中又增加了计算与计算机模拟的方法,它已经逐渐成为化学工程中最富有生命力的研究方法.随着电子计算机在化学工程中的广泛应用,传统的化学工程学科已逐渐成为一门集实验、计算、理论于一体的综合性学科.

从20世纪50年代开始,科研工作者就利用计算机解算化工过程的数学模型,使研究方法出现了一个革新.经过几十年的发展,化工过程模拟已经成为普遍采用的常规手段,被广泛应用于化工过程的研究、开发、设计、生产操作的控制与优化、操作培训和技术改造之中.

一、流程模拟

化工过程流程模拟或流程模拟是根据化工过程的数据,诸如物料的压力、温度、流量、组成和有关的工艺操作条件、工艺规定、产品规格以及一定的设备参数,如蒸馏塔的板数、进料位置等,采用适当的模拟软件,将一个有许多个单元过程组成的化工流程用数学模拟描述,用计算机模拟实际生产过程,并在计算机上通过改变各种有效条件得到所需要的结果,其中包括最受关心的原材料消耗、公用工程消耗和产品、副产品的产量和质量等重要数据.

流程模拟就是在计算机上“再现”实际生产过程,由于这一“再现”过程不涉及实际装置的任何管线、设备以及能源的变动,因此给化工模拟人员最大的自由度,可以在计算机上任意进行不同方案和工艺条件的探讨、分析.流程模拟式计算机技术是化工方面的最重要应用之一.应用流程模拟系统不仅可以节省时间,也可节省大量资金和操作费用,提高产品质量和产量,降低消耗.流程模拟系统还可以对经济效益、过程优化、环境评价进行全面地分析和精确评估,并可以对化工过程的规划、研究和开发及技术可靠性做出分析,并快速准确地对多种流程方案进行分析和对比.

二、单元模拟

化工工业处理的过程是以质量、动量和能量的连续流动为特征,传统手段对这一过程的处理很大程度上是依靠经验以及一些宏观参数表达的经验关系式.现代流程模拟技术中,绝大部分单元过程仍被处理为“黑箱”模型,对流动、传质、热、反应比较敏感的单元过程的设计、放大,需要了解有关质量、动量、能量流更多微观和深入的信息,单元模拟技术就是为了解决这一问题而产生的.

在单元模拟过程中,单元内部的介质基本是多组分或多相的,传质、传热、反应过程相互耦合.单元模拟技术通过离散方法求解这一耦合体系,以获得空间和时间的速度分布、温度分布、压力分布、浓度分布、相分数分布等.单元模拟技术可以提供传统手段难以获得的大量信息,如单元过程内部所有参数的空间分布和动态变化,通过这些信息可以深入理解单元过程内部的机理,在发生异常时亦有助于分析原因.因此,它是一种低成本的调优手段,当结构形式或结构参数变化后,单元过程内部随工艺参数和操作参数而变化的过程,可以在计算机上很方便地进行试验,直接用于优化和改造手段,而且单元模拟的计算不是经验性的,比较可靠,目前单元模拟主要用于化工生产的工程放大、优化设计、诊断及扩能改造、生产调优及控制四个方面.

三、反应动力学模拟

化学反应动力学是一门研究各种因素对反应速率的影响规律和反应机理的科学,在根据实验结果和对反应机理研究的基础上建立了化学反应动力学方程,它们对反应器的设计、最优化条件的选择都是必不可少的理论基础.

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目前所采用的物理化学教材对一系列对峙、平行、连续等复杂反应的动力学方程仅给出分离变量法或消元法等单一的数学处理方法,这种方法对于非常简单的复杂反应可以求出解析解,但大多数化学反应的反应机理非常复杂,由于从反应机理得到的微分方程组,非常不便求解,因此借助电子计算机用数值解法,可以方便地求解从反应机理得到的微分方程组.

计算机模拟在复杂化学反应动力学的计算中有着广泛的应用,通过计算机模拟计算得到的结果可以预知反应过程中各反应物质浓度的变化,通过对连续反应最佳时间的计算可以控制反应时间以得到所需要的物质的最大浓度,通过计算平行反应和对峙放热反应最佳温度,可以控制反应温度,优化反应条件,使生成产物的速率达到最大值,这些计算机模拟计算的数值可以为实际工业生产中工艺条件的控制以及反应器的设计提供重要的参考数据.

四、分子模拟

从分子水平来研究化工过程及产品的开发和设计,无疑是21世纪化学工程的一个重要方向,计算机模拟研究已渐成为与实验研究及理论研究相平衡的认识自然规律的第三种重要方法.化工热力学数据对于化学工业过程的设计、操作以及优化具有重要的作用.热力学数据一般通过三个途径取得：即实验测定、理论总结及计算机分子模拟.通过计算机分子模拟,可以较为严格地从流体的微观相互作用出发,预测流体的宏观热力学性质.特别是在一些极端的条件（如高温、高压、剧毒）下,进行实验是很困难的,计算机模拟则较易实现,并且比较经济.采用计算机分子模拟方法,可以得到相当可靠的热力学体系的径向分布函数、宏观热力学性质以及输运性质,这为我们建立与改进各种描述实际现象的理论或模型提供可靠的依据.

化学是一门基础性学科,是以实验为基础发展起来的理论与实验相结合的学科,随着计算机技术在化学学科中的广泛应用,逐渐形成了应用计算机研究化学反应和物质变化的独立学科,它以计算机为技术手段,进行化学反应方面的数值计算,这就是计算化学.

计算化学是理论化学的重要分支,是利用电子计算机、通过数值计算解决化学问题的一门方法学.计算化学是一门新兴的、多学科交叉的边缘科学,它运用数学、统计学与计算机程序设计的方法,进行化学方面的理论计算、实验设计、数据与信息处理、分类、分析和预测.随着化学仪器对自动化要求越来越高,许多化学实验过程用人工进行控制相当困难,需要可靠的控制技术系统,因此计算机计算模拟技术从根本上改变了化学实验技术.计算化学以数值计算为基础,用高级语言及其编程技术,解决化学中的数值计算问题,它将数学的计算方法通过计算机程序具体地应用于化学过程中,通常用来研究化学中一些常用的、共同的、较为常见的计算方法,是化学计算的核心.实验数据的内插、函数拟合、线性方程组求解、高阶方程组求解、解微分方程组、求本征值与本征向量等,它们均与化学中量子化学、分析化学、化学平衡、化学动力学和试验数据处理等密切相关.现代计算化学技术的发展,已经能够将各种化学性质与分子结构之间的关系定量地联系起来,化学因此正从实验科学迈向实验、计算、理论相结合的综合性学科,化学已经由多实验少计算,演变为先实验再计算,也必将逐步演变为先计算再实验.

目前计算化学在无机化学、分析化学、有机化学、物理化学、结构化学中都有广泛地运用,具体来说,计算化学要完成的任务主要有量子结构计算、分子从头计算、半经验计算和分子力学计算等量子化学和结构化学范畴,以及物理化学参数计算,包括反应焓、偶极距、振动频率

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