环境工程仿真模拟第一章建模与仿真.pptx

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《建模与仿真》课件

《建模与仿真》PPT课件
# 建模与仿真PPT课件 ## 简介 - 本课程介绍建模与仿真的基础知识和应用 - 着重讲解系统建模方法和仿真技术
建模基础
建模的概念和作用
建模是指用数学或物理学原理描述和分析系统的过程，用以预测和评估系统的行为和性能。
建模的分类和选择
建模可以分为物理模型、数学模型、计算机模型等，根据问题和目标选择合适的建模方法。
建模的步骤和流程
建模流程包括问题定义、模型假设、模型建立、参数估计与验证、模型求解和结果分析等。
系统建模方法
系统分析与设计
通过对系统进行分析和设计，确定系统的需求和功能，并制定实现方案。
功能分，分析模块之间的关系和交互。
状态模型
描述系统在不同状态下的行为和性能特征，帮助理解系统的动态变化。
机械手臂控制系统建模与仿真
利用建模与仿真技术对机械手臂的运动和控制进行模拟和优化，提高运行效率和精确度。
联合作战平台系统建模与仿真
通过建模与仿真技术对联合作战平台进行分析和测试，提高作战效能和指挥管理。
结束语
- 本课程重点讲解了建模与仿真的基础知识和应用 - 希望学生们能够充分理解和应用所学知识
过程模型
模拟系统运行的过程和流程，用于预测系统的行为和评估性能。
仿真技术
1
仿真的分类和应用
2
仿真可以分为离散事件仿真、连续仿真、
混合仿真等，广泛应用于工程、军事、
医疗等领域。
3
常用的仿真工具和软件
4
常用的仿真工具包括MATLAB、Simulink、 Arena、AnyLogic等，根据需求选择合适
的工具。
仿真的概念和特点

环境工程仿真模拟过程动态特性

物种的分布和丰度随气候、土地利用和人类活动等因素的变化而变化。
生态系统服务功能
生态系统提供的如水源涵养、土壤保持、气候调节等服务功能是动态变化的。
生态恢复与重建
受损生态系统的恢复和重建过程中，物种组成、群落结构和生态系统功能随时间发生变化。
04
仿真模拟过程动态特性的实现
数学模型的建立
水流动态特性
水流速度与流量
水流在环境中的流动速度和流量是动态变化的，受到地形、气候、降雨等多种因素的影响。
水体质量
水质参数如溶解氧、浊度、pH值等随时间和空间发生变化，影响水生生态系统和人类健康。
洪水模拟
模拟洪水过程的动态特性，预测洪水的发生、发展及消亡，为防洪减灾提供决策依据。
空气流动动态特性
06
结论与展望
当前研究的局限性和挑战
数据获取与处理
在模拟过程中，数据的获取和处理是一个关键的挑战。由于环境工程涉及大量的实时数据，如何有效地收集、整理和分析这些数据是一个难题。
计算资源需求
环境工程仿真模拟通常需要大量的计算资源，包括高性能计算机和专业软件。这限制了模拟的规模和实时性。
模型精度与适用性
空气流动模拟案例
总结词
空气流动模拟有助于了解污染物扩散和通风性能，优化建筑设计。
详细描述
通过模拟空气在建筑物内部的流动特性，工程师可以评估建筑物的通风性能，预测室内污染物浓度分布，为建筑设计提供依据。这在暖通空调设计、环境评估和工业通风等领域具有实际应用价值。
土壤污染模拟案例
总结词
土壤污染模拟有助于了解污染物在土壤中的迁移转化规律，为土壤修复和土地利用提供决策支持。
城市排水系统模拟

环境系统仿真与建模

《环境系统仿真与建模》一、名词解释1.环境质量模型环境质量模型就是以质量平衡原理为基础，对排放到环境介质中的污染物的迁移变化的最基本规律进行的数学描述。

2.S-P模型S-P模型描述一维稳态河流中的BOD-DO的变化规律，是关于河流BOD和DO耦合的基本水质模型。

3.黑箱模型又称为输入-输出模型，属于纯经验模型，它根据系统的输入、输出数据建立各个变量之间的关系，而完全不追究其内在的机理。

4．人工神经网络人工神经网络是一种计算系统，包括软件与硬件，它使用大量简单相连的人工神经元来模仿生物神经网络的能力。

人工神经网络是生物神经元的简单模拟，它从外界环境或者其他神经元取得资讯，同时加以简单的运算，输出其结果到外界环境或者其他人工神经元。

二、问答1.污染物进入环境介质后，有哪些运动变化？答：随着介质的迁移运动；污染物的分散运动；污染物被环境介质吸收或吸附；污染物的沉淀；污染物的衰减与转化。

2.如何对水质模型进行分类？答：（1）从使用管理的角度来分类，可分为：河流、河口（受潮汐影响）模型，湖泊、水库模型，海湾模型等。

（2）从水质组分来分类：有机污染物、无机盐、悬浮物质、重金属、放射性物质，营养物质，浮游植物，水温。

（3）从水质系统状态来分类：稳态、非稳态，确定性和随机性（4）从混合程度来分类：完全混合型、平流型、平流扩散型（5）从空间维数来分类：一维、二维、三维。

3.S-P模型建立的基本假设答：（1）河流中的BOD衰减和DO的复氧都是一级反应；（2）反应速度是恒定的；（3）河流中的耗氧是由BOD 衰减引起的，而河流中的溶解氧来源则是大气复氧。

4.写出单组分一维河流水质模型的基本方程组。

答：包括以下三类方程（1）水流连续方程：q xQ t Z B =∂∂+∂∂ （2）水流运动方程：0)()(2=++∂∂+∂∂+∂∂q u J xZ gA A Q x t Q l f β 式中，Z 为断面平均水位；Q,A,B 分别为断面流量、过水面积、水面宽度；x ，t 为距离和时间；q 为旁侧入流，负值表示流出；β为动量校正系数；g 为重力加速度；f J 为摩阻坡降，采用曼宁公式计算，2/z f C g J =；l u 为单位流程上的侧向出流流速在主流方向上的分量。

环境工程课件(1)

初级过程
环境工程课件(1)
次级过程对流层中由于有O2的存在，可进一步反应：
醛类光解是过氧自由基的主要来源
环境工程课件(1)
(7)卤代烃的光解
卤代甲烷的光解最有代表性，对大气污染的化学作用最大，CH3X光解的初级过程如下：
卤代甲烷在近紫外光的照射下离解：
环境工程课件(1)
如果有一种以上的卤素，则断裂的是最弱的键。 CFCl3(氟里昂-11) CF2Cl2(氟里昂-12)的光解：
环境工程课件(1)
1. HO·和HO2·自由基的来源
清洁空气中，O3 的光解是大气中HO·的
主要来源：
环境工程课件(1)
污染大气中 HNO2 和 H2O2 的光离解：
其中 HNO2 的光解是污染大气中 HO·的主要来源。
环境工程课件(1)
大气中醛的光解尤其是甲醛的光解是
HO2·的主要来源：
其他醛类在大气中浓度较低，光解作用不如甲醛重要。
当空气中[O3]≈30ppb，少量的 NO 在1分钟内全部氧化。
环境工程课件(1)
其他自由基如：亦可氧化NO：
环境工程课件(1)
以上反应在光化学烟雾的形成过程中具有重要意义。
由于OH·自由基引发一系列烷烃的链反应，得到RO2·、HO2·等，使NO迅速氧化成NO2，
同时O3得到积累，以致成为光化学烟雾的重要产物。
环境工程课件(1)
环境工程课件(1)
2. 含氮化合物
N2O、 NO、NO2、 N2O5、NH3、NO3-、NO2-、NH4+等。
来源：天然源：光化学反应、闪电、微生物固
定、火山爆发、森林大火等。人为源：燃料燃烧、硝酸、氮肥、炸药、
染料等生产过程。

环境系统模型及数值模拟PPT课件

三、环境系统工程
• 1．环境系统工程的发展简介（1960s）
• 2．环境系统工程特点：
•
环境系统工程是运用系统工程的原理和方法研究环境问题的科学。
•
环境系统工程强调运用系统思想分析环境问题，综合多学科的知识理顺
错综复杂现象中的各种内在联系，从而清理出解决问题的思路，然后定量地
刻画各种因素之间的联系，并由此建立综合性的运筹学模型，借助计算机寻
• 都江堰水利工程：
• 我国战国时期（公元前250年）秦国太守李冰父子主持修建的都江堰
水利工程就是运用系统工程概念的一个很杰出的实例。
• 四川汶川大地震之后，我们的都江堰水利设施也受到了这种侵袭，但
是让人惊讶的是古人建的那个问题不大，后来加的水泥是为了整固它的时候，加的水泥的部分出现了问题。也就是说为了整固它的反而出现了问题，可是它希望被整固的没有出现问题。
• 第一节系统与系统工程 • 第二节环境系统工程
• 第三节数学模型概论 • 第四节环境系统数学模型
• 第五节环境系统数学建模方法
第一节系统与系统工程
• 一、系统 • 二、系统工程 • 三、系统模型
一、系统
1．系统思想的起源与发展
系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合的具有特定功能的有机整体，而且系统本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。
环境系统模型及数值模拟
• 1 环境系统与数学模型概论 • 2 污染物质浓度场基本模型及解析解 • 3 环境系统优化模型
• 4 地表水水质模型及其应用 • 5 地下水水质模型及其应用 • 6 大气环境质量模型及其应用 • 7 垃圾填埋场数学模型及其应用 • 8 核废料地质处置法安全性分析的THM耦合模型

环境工程仿真模拟智能控制

加强公众教育，提高公众对仿真模拟智能控制的认识和接受度；完善相关法律法规，为技术的应用和发展提供法律保障。
跨学科合作
环境工程仿真模拟智能控制涉及到多个学科领域，如计算机科学、数学、物理学等，加强跨学科合作是未来发展的重要方向。
05
环境工程仿真模拟智能控制的案例研究
案例一：某城市污水处理厂的智能控制系统
THANKS
感谢观看
技术发展
近年来，随着计算机技术的不断进步，环境工程仿真模拟技术也在不断发展，出现了许多新的模拟方法和软件。
未来展望
未来，随着计算机技术的进一步发展，环境工程仿真模拟技术将更加成熟和智能化，能够更好地服务于环境工程领域。
02
环境工程智能控制技术
智能控制系统的基本组成
传感器
控制器
用于检测被控对象的参数变化，并将检测到的信息转换为电信号或数字信号传输给控制器。
法律法规
环境工程仿真模拟智能控制需要遵守相关的法律法规，如何合理合规地应用技术也是一个社会挑战。
解决方案与未来发展方向
技术创新
通过技术创新提高数据处理效率、模型精度和实时性，是解决技术挑战的有效途径。
成本控制
通过优化算法、减少计算量等方法降低成本，提高经济效益，是解决经济挑战的关键。
公众教育和法律法规完善
针对大气污染控制的需求，该智能优化算法能够快速响应并进行精准调控。通过实时监测和数据分析，智能优化算法能够自动调整污染控制设备的运行参数，有效减少污染物
排放，提高大气质量。
案例四：固体废弃物处理的仿真模拟研究
要点一
总结词
要点二
详细描述
资源化利用、降低能耗、环境友好
该仿真模拟研究通过建立固体废弃物处理的数学模型和智能算法，实现了对固体废弃物处理的资源化利用和环境友好。通过智能控制系统的优化调度，有效降低了处理能耗和资源消耗，提高了废弃物处理效率和资源回收率。同时，该研究还考虑了环境影响和可持续发展的需求，为固体废弃物处理提供了更加环保和可持续的解决方案。

环境工程仿真模拟智能控制讲义

网络的构建 y=f(x)
x1
y1
x2
y2
……
…
…
xn
ym
环境工程仿真模拟智能控制
第五章智能控制
5.1 神经网络
网络的拓扑结构前向型
反馈型环境工程仿真模拟智能控制
第五章智能控制
5.1 神经网络
激活函数阶跃函数 f (x) 10,,xx00 线性函数 f(x)axb
f(x)
Sigmoid函数 f (x)11ex
第五章智能控制
5.1 神经网络
神经网络自适应控制
参考模型 ym
yr
神经网络 u
被控对象
y
环境工程仿真模拟智能控制
第五章智能控制
5.1 神经网络
神经网络内模控制
yr
神经网络 u 控制器
对象
y
神经网络
模型
环境工程仿真模拟智能控制
第五章智能控制
5.2 模糊控制
模糊集合的概念为了解决真实世界中普遍存在的模糊现象而发展的一门学问，用数学模型来描述语意式的模糊信息。
A(x3)B(y1) A(x3)B(y2) A(x3)B(y3) A(x3)B(y4)
0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.3 0.4 0.4
0.2 0.3 0.5 0.6
环境工程仿真模拟智能控制
第五章智能控制
5.2 模糊控制
模糊控制器的设计
模糊控制器
知识库
+ -
精
模
确值
模
糊值
计算e和e 糊
权值已定输入输出实际数据5151神经网络神经网络输出层隐藏层输入层5151神经网络神经网络bpbpbackbackpropagationnetworkpropagationnetwork5151神经网络神经网络bpbp线性组合激活函数线性组合激活函数前向计算反向传播5151神经网络神经网络bpbp5151神经网络神经网络bpbp115151神经网络神经网络bpbp22335151神经网络神经网络bpbp440010800108555151神经网络神经网络进水出水废弃污泥回流污泥nd3xbh3xba3x3xnd5151神经网络神经网络废水氨氮浓度snh废水可溶性可降解有机氮snd废水停留时间time1达稳态时间稳态缓慢降解有机碳浓度5151神经网络神经网络11iawprciawprc225151神经网络神经网络33556633445151神经网络神经网络55trainbpxtrainbpx665151神经网络神经网络进水ss对出水达新稳态所需时间的影响0204060812052205680614065907050750795084108860932进水ss220mgcodl进水ss对出水xs的影响04050607080911052205680614065907050750795084108960931进水ss220mgcodl进水xs对出水达新稳态所需时间的影响0102030405060708090779080208260849087208950919094209650988进水xs430mgcodl进水xs对出水xs的影响02040608120779080208260849087208950919094209650988进水xs430mgcodl5151神经网络神经网络神经网络控制器被控对象5151神经网络神经网络参考模型被控对象神经网络5151神经网络神经网络神经网络控制器对象神经网络模型5252模糊控制模糊控制5252模糊控制模糊控制公分高的程度180160fuzzyfuzzy公分高的程度180crispcrisp5252模糊控制模糊控制20200818082208180822061707180819120092107220623061707180819120092107220623隶属度01集合元素5252模糊控制模糊控制隶属度函数论域5252模糊控制模糊控制5252模糊控制模糊控制03b04a06b07a

环境工程CAD1基础ppt课件

.
学习方法：
•
1、为培养空间形体的图示表达能力必须对物体进行几何分析以及掌握它在各种相对位置时的图示特点，从而逐步提高图示物体的能力。 2、绘图、读图能力的培养——一系列的实践，逐步熟悉掌握绘、读图能力，熟悉制图的国家标准 3、培养自学能力
.
特别指出
• ：——鉴于图样在工程技术中的重要作用，
② 注写位置要求如下:
图名放在图形下面的横粗线上，图比例放在图名右面；
（如平面图 1：100）
整张图纸只用一个比例时，可以注写在图标内图名的
下面。
.
表2－2 工程图比例
名称
比例
区域规划图区域位置图厂区（小区）平面图管道纵断面图水处理厂(站)平面图水处理流程图
1:50000、1:10000、1:5000、1:2000 1:10000、1:5000、1:2000、1:1000 1:2000、1:1000、1:500、1:200 横向1:1000、1:500；纵向1:200、1:100 1:1000、1:500、1:200、1:100 无比例
⑶ 标注线性尺寸时尺寸线必须与所标注线段平行。
⒊ 尺寸数字 C1.5
尺寸数字
C1.5
数字高度3.5毫米
尺寸界线尺寸线
20 35
这些间距＞7毫米, 最好不超过10毫米
尺寸界线超出箭头约2毫米
⑴ 一般应注在尺寸线的上方，也可注在尺寸线的
中断处。 ⑵ 尺寸数字应按国标要求书写，并且水平方向字
头向上，垂直方向字头向左，字高3.5mm。
部件、零件详图 1:50、1:40、1:30、1:20、1:10、1:5、1:3、1:2、1:1、2:1
.
比实际例机件

环境工程仿真

环境工程仿真摘要：系统仿真是第二次世界大战后发展起来的一门新技术, 目前已广泛应用于工程与非工程的不同领域, 它与航天技术的关系尤为密切。

本文阐明卫星控制系统仿真在卫星研制中的地位, 并叙述卫星仿真的几种级别数学仿真、半物理仿真和全物理仿真的方法、特点、作用及其基本设备。

关键词：数学仿真丰物理仿真全物理仿真太阳模拟器地球模拟器星模拟器仿真计算机气浮台1，前言仿真环境是一种逐步工作的环境.它包括确定仿真目标,建立系统模型, 建立适于仿真系统实现的仿真模型、仿真模型校验、仿真实验运行,结果分析、系统模型校验、再反馈修改模型或实验后再运行.。

仿真（Simulation），即使用项目模拟将待定于某一具体层次的不确定性转化为它们对目标的影响，该影响是在项目仿真项目整体的层次上表示的。

该项目仿真利用计算机模型和某一具体层次的风险险估计，一般采用蒙特卡洛法进行仿真。

在卫星控制系统研制过程中, 仿真是一个不可缺少的环节。

从方案设计, 系统验收到卫星在轨道运行时的故障对策, 无不需要应用仿真的手段。

系统仿真在卫星研制过程中的地位如图所示。

仿真的基础是模型。

模型通常可以分成两种类型。

一类是数学模型, 完全用数学语言来描述系统的行为特性, 并用计算机进行仿真。

另一类是物理模型, 用与系统相似或等价的实物来接入回路进行仿真试验。

在卫星控制系统仿真中, 根据所介人模型的不同, 分为数学仿真、半物理仿真和全物理仿真。

2.仿真分类2.1.数学仿真卫星控制系统数学仿真通常与计算机控制系统辅助分析相结合, 完成卫星轨道动力学和刚体、挠性体、多体卫星姿态动力学的时域仿真及控制系统的稳定性分析。

已有专门的软件包完成上述工作, 并可与国际通用的控制设计软件包MATLAB 和有限元分析软件包NASTRAN接口。

卫星数学仿真软件主要包括下列功能·空间环境模型仿真包括地球重力场、磁场、空气动力、太阳辐射压力, 日一月一地摄动等。

环境工程仿真模拟第一章建模与仿真

(rb )G

h
Ss Ss Ks
So
So Ko,h
X bh
异养菌在生长的同时也会发生衰减,衰减速率(rb)D为:
(rb )D bh X bh
可得异养菌净生长速率方程为:
ห้องสมุดไป่ตู้
rb

h
Ss Ss Ks
So
So Ko,h
X bh
bh X bh
20
第一章建模与仿真
1.1 简单系统建模
rs ——易降解有机碳反应速率； So ——溶解氧浓度； So,in、So,out ——进、出水溶解氧浓度； ro ——溶解氧反应速率。
19
第一章建模与仿真
1.1 简单系统建模
简单系统建模举例
例1.7异养菌好氧生长与有机碳消耗模型（三耦合反应）
根据Monod 方程, 异养菌生长速率(rb)G为:
简单系统建模举例
例1.6污泥生长及氨氮的消耗模型（双耦合反应）
V
dX b dt
qin X b,in
qout X b,out
V rb
rb

Snh Snh Knh
Xb
式中：
Xb ——微生物浓度； V ——反应器体积；
qin、 qout ——进、出水水量； Xb,in 、Xb,,out ——进、出水微生物浓度； rb ——微生物反应速率； Snh ——氨氮浓度； Snh,in、Snh,out ——进、出水氨氮浓度； rnh ——氨氮反应速率； Yb ——微生物相对氨氮质量的变化系数； μ——微生物最大比生长速率。
细胞合成反应Rc：
(1/5)CO2 +(1/20)HCO3- (1/20)NH-4 +H+ +e-

环境系统分析环境问题的模型化ppt课件

u——河流平均流速 h——河流平均水深 u*= （g h s）1/2 （其中：g— 重力加速
35
注意：降维简化后，其边界条件也必须做相应的变动。
36
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度。 d．按物质的输移特性分：平流模型，可忽略扩散项时。扩散模型，可忽略平流项时。
13
e．按反应动力学的性质可分为：纯输移模型纯反应模型输移及反应模型生态模型
14
5. 数学模型的建立步骤（5步）
观测数据组Ⅰ
模型结构选择

参数估计
检验与验证
模型应用
图2-2
观测数据组Ⅱ
原因：①建模时作过一些假定。 ②原始数据误差可能使参数估计产生误差。
灵敏度分析：模型参数变动时造成的影响。首先变动一个参数，其余参数保持不变，然后检查目标函数的变化程度，若变化不大， 17
二、环境系统现象模型推导基本原理
所谓现象模型我们指的是环境现象的物理模型（客观），而不是经验模型（非物理模型）。为了建立环境系统的现象模型，需要以下两方面的知识：
对环境系统内部结构和行为已掌握清楚，应用已知的科学知识进行描述。
10
c．“灰箱”理论
介于上述两者之间，对系统内部结构和行为的主要部分清楚，其他部分不清楚，是“白箱”与“黑箱”理论相结合的一种方法。
d．数理统计和分析的理论
对属于“黑箱”但又不能进行实验的系统，采用数理统计和分析的方法建立系统模型的理论和方法。在环境系统预测模型中应用居多。
8
C、污染物治理和给水、排水、水资源利用等方面应用如：城市污水处理流程优化、污染治理最佳运行控制、给排水管网系统的优化、多目标水资源开发等。

模拟仿真课件

• “事件”往往发生在随机时间点上，亦称为随机事件，因而一般都具有随机特性
• ★系统的状态变量往往是离散变化的 • 系统的动态特性很难用人们所熟悉的数学方程形式描述
• ★研究与分析的主要目标是系统行为的统计性能而不是行为的点轨迹。
计算机仿真
• 计算机仿真技术是一门利用计算机软件模拟实际环境进行科学实验的技术. – 它是以数学理论为基础，以计算机和各种物理设施为设备工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行实验仿真研究的一门综合技术. – 它已经成为对许多复杂系统进行分析、设计、实验、评估的必不可少的手段.
• 优化设计
2.仿真的目的或作用
– 预测系统的性能和参数
• 经济性
– 采用物理模型或实物实验，花费巨大。
– 采用数学模型即计算机数学仿真可大幅度的降低成本并可重复使用。
• 安全性
– 载人飞行器和核电站的危险性不允许。
• 预测性
– 对于非工程系统，直接实验不可能，只能采用预测的方法。（天气预报）
• 离散事件系统，时间的发生过程在时间和空间都是离散的. 各事件发生以某种顺序或某种条件下发生，具有随机性. 经典概率论，数理统计和随机过程理论为这类系统提供理论基础.
8
• 与连续系统的主要区别在于：
• 状态变化发生在随机时间点上这种引起状态变化的行为称为“事件”，因而这类系统是由事件驱动的；
4. 卫生及教育系统：如医院模型，医药物资管理、医疗救护车的布局和调度、医院人员安排、学校区域模型、图书馆作业设计、大学财务和作业预测等。
5. 资源管理系统：如国家人力调节系统、自然资源安排、水利资源开发等。
6. 服务系统：如银行出纳作业安排、文书档案处理系统设计、通信系统设计、信息系统设计、保险人员雇用决策等。

环境模拟技术ppt课件

在欧洲，2009年12月20日，由于肆虐欧洲全境的暴风雪和低温天气，气温跌至-20℃，行驶在欧洲各地的“欧洲之星”高速列车全面停驶3天之久；
2010年4月14日至5月8日间冰岛火山两度喷发，弥散在大气中的火山灰覆盖整个欧洲大陆，为避免火山灰引起的飞机发动机事故，数千架次的航班被取消，连接欧洲大陆的空中客货运输全面中断数日之久，整个欧洲的航空产业遭受重创；
• 一些研究已被列为“973”和“863”重大专项。
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一、人机与环境工程科学简介
人机与环境工程科学是一门新的交叉学科
它涉及：热学、力学、电学、材料、生物学、医学、光学、生理学、机械学、心理学等多门学科和制冷、真空、空调、检测、制造、仿真、信息等多项技术。
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一、人机与环境工程科学简介
人机与环境工程科学是研究人、机与环境构成的复杂工程技术系统，以求达到该系统整体的最优工作（即安全、高效、环保和经济）、最大限度发挥人和机器的效能。
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一、人机与环境工程科学简介
2、发展
形成人机与环境工程科学的理念和初步的理论体系于我国上世纪七十年代末和八十年代中期，由钱学森同志提出并得到他的积极鼓励和支持。“七五”期间，原国防科工委还设立了“全军武器装备、人机环境系统工程专业组”，较为系统的提出了航空、航天、航海等领域的人机环境工程系统的研究课题。
二、环境模拟技术
2.概念及主要研究内容
环境模拟技术是在地面实验室（舱）中“复现(模拟)”各种自然和诱发环境的技术。在这种实验室（舱）的模拟环境下进行：各类产品，设备，甚至“人+机”组合的环境试验，以研究和考核人及装备的环境适应性和环境可靠性。它不受季节、昼夜、机遇、地点的限制，而且可以随时模拟严酷和极端环境，因此环境模拟试验占到全部环境试验量的95%以上。

环境科学与工程仿真总汇

环境科学与工程仿真实验与实训HKG应用软件介绍1帮助文件链接HKG1 流体力学与水泵实验HKG2 通风与大气污染控制工程实验HKG3 水处理厂工程设计与实训HKG4 环境噪声控制工程HKG5 固体废弃物处理WEE35 水环境工程实验ESIA526 ESIA环境管理与评价HKGt 2010版说明书2菜单及功能汇总HKG“环境科学与工程仿真实验与实训”应用软件，在汇总程序HKGt中使用八个下拉菜单系列分类，共包含88个实验和实训项目，如表一所示。

表一“环境科学与工程仿真实验与实训”HKGt的菜单排列3光盘目录和内容HKGt是一个完整的"环境科学与工程仿真实验与实训"系列软件,通过一次操作能够完成所有板块的安装,并进行统一索引。

除了板块系列按钮调用外，统一索引新增加分类菜单调用功能,使用起来更加直接方便，如附图2所示；但由于涉及子程序多,占用内存资源大,影响计算机的运行速度,建议教师在较高配置的计算机上才进行使用；学生练习可按照所开课程，按照独立板块内进行安装。

图1 "环境科学与工程仿真实验与实训"系列软件安装盘HKG1HKG2HKG3HKG4HKG5WEE35 ESIA526 流体力学与水泵实验通风与大气污染控制工程实验水处理厂工程设计与实训,安装目录为"D:\ESIA " 环境噪声控制工程,安装目录为"D:\ESIA " 固体废弃物处理实验与工程实训 WEEfz_3.5水环境工程实验ESIA 环境管理与评价, 需要指定安装目录为"D:\ESIA "HKGt一个完整的"环境科学与工程仿真实验与实训"系列软件,通过一次操作能够完成所有板块的安装,并进行统一索引. 需要指定安装目录为"D:\ESIA"(只需将默认的"C :\ ESIA"改为"D :\ ESIA" )软件使用说明书：在《软件使用说明书》目录下包括：“HKG1、HKG2、HKG3、HKG4、HKG5、WEE35、ESIA526”7个应用板块的pdf 格式和帮助（CHM ）格式文件，帮助文件可以在程序运行时，通过运行菜单调看，或程序停止运行后在“帮助”下调看。

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dt
q q v,in j,in
v,out j,out
V
rj,n
以物质数量模型为例
3
第一章建模与仿真
1.1 简单系统建模
守恒定律（一进一出一反应）
V
d j
dt
q q v,in j,in
v,out j,out
V
rj,n
式中：
V —— 反应器体积；
ρj ——组分j 的质量浓度； qv,in、qv,out —— 分别是流入或流出 V的液体流量； ρj,in、ρj,out —— 分别是组分j在进水和出水中的浓度； rj,n —— 第n个反应中组分j 生成或消失时浓度变化的速率。
Time in hours
00
5 10 15 20 25 30
Time in hours
式中：
dSo dt
rmax
So Ko So
rmax ——污泥最大耗氧速率； KO ——溶解氧半饱和常数。
15
第一章建模与仿真
1.1 简单系统建模
简单系统建模举例
例1.6污泥生长及氨氮的消耗模型（双耦合反应）
1
环境工程仿真与控制第一章建模与仿真
2
第一章建模与仿真
1.1 简单系统建模
守恒定律（一进一出一反应）
单位时间单位体积系统内物质（或其它量）的积累量，等于进入该系统的物质减去离开该系统的物质，加上（或减去）系统内的该物质反应生成量或消失量。其它量包含：COD、电荷、能量、动量等
V
d j
式中：
Sin ——进水基质浓度； Sout ——出水基质浓度。
10
第一章建模与仿真
1.1 简单系统建模
简单系统建模举例
例1.3调节池水质模型（考虑浓度稀释）
V
dS dt
qV ,in Sin
qV ,out Sout
进水基质浓度阶跃下降出水基质浓度非同步阶跃下跌
11
第一章建模与仿真
1.1 简单系统建模
dM dt
min
mout
min
1.015nL
M
A
H
1.5
进水流量阶跃上升出水流量非同步上升
9
第一章建模与仿真
1.1 简单系统建模
简单系统建模举例
例1.3调节池水质模型（考虑浓度稀释）
qV,in , Sin
qV,out , Sout
V，S
V
dS dt
qV ,in Sin
qV ,out Sout
简单系统建模举例
例1.4曝气池溶解氧浓度模型（传质改变浓度）
V
dSo dt
qin So,in
qout So,out
V Kaqa (So,s
So)
空气流量阶跃上升出水溶解氧浓度非同步阶跃上升
13
第一章建模与仿真
1.1 简单系统建模
简单系统建模举例
例1.5污泥耗氧速率模型（反应改变浓度）
V
dX b dt
qin X b,in
qout X b,out
V
rb
rb
Snh Snh Knh
Xb
式中：
Xb ——微生物浓度； V ——反应器体积；
qin、 qout ——进、出水水量； Xb,in 、Xb,,out ——进、出水微生物浓度； rb ——微生物反应速率； Snh ——氨氮浓度； Snh,in、Snh,out ——进、出水氨氮浓度； rnh ——氨氮反应速率； Yb ——微生物相对氨氮质量的变化系数； μ——微生物最大比生长速率。
4
第一章建模与仿真
1.1 简单系统建模
简单系统建模举例
例1.1 液槽水量模型例1.2 带溢流堰液槽液位模型例1.3 调节池水质模型例1.4 曝气池溶解氧浓度模型例1.5 污泥耗氧速率模型例1.6 污泥生长及氮的消耗模型例1.7 异养菌好氧生长与有机碳消耗模型
5
第一章建模与仿真
1.1 简单系统建模
简单系统建模举例
例1.4曝气池溶解氧浓度模型（传质改变浓度）
V
dSo dt
qV S ,in o,in
qV ,out So,out
V
KLa(So,s
So)
式中：
KLa (KLa)CW So, s (So, s )CW
V
dSo dt
qin So,in
qout So,out
V Kaqa (So,s So )
A
dM dt
min
mout
min
1.015nL
M
A
H
1.5
式中：
——流体密度； n ——溢流堰数量； L ——溢流堰长度； h ——溢流堰上方液
面高度；
A ——液槽面积； H ——溢流堰高度。
8
第一章建模与仿真
1.1 简单系统建模
简单系统建模举例
例1.2带溢流堰液槽液位模型（仅考虑水量）
So,in、So,out ——进、出水溶解氧浓度； So,s ——曝气池饱和溶解氧浓度； KLa ——溶解氧传质系数； (KLa)CW ——纯水中溶解氧传质系数； (So,s)CW ——纯水中溶解氧饱和浓度；、 ——比例常数；
Ka——与曝气装置有关； qa ——空气流量。
12
第一章建模与仿真
1.1 简单系统建模
将等量污泥分别置于一系列试瓶中，密封后经不同时间间隔依次测定各瓶中的溶解氧浓度，将反应时间对溶解氧浓度作图，可得如图所示曲线。
8
0.5
0.4 6
0.3 4
0.2
2
0.1
DO in mg/l Respiration Rate in mg/l/h
0
0
5 10 15 20 25 30
Time in hours
简单系统建模举例
例1.1 液槽水量模型（无反应）
m in
m out
dM dt
min mout
储水量不变时（稳态）
dM 0 dt
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
min＝mout
式中：
m in ——进水流量，kg/s； m out ——出水流量，kg/s； M ——储水量，kg。
6
第一章建模与仿真
1.1 简单系统建模
简单系统建模举例
例1.1 液槽水量模型（无反应）
dM dt
min mout
进水流量阶跃上升出水流量同步阶跃上升
7
第一章建模与仿真
1.1 简单系统建模
简单系统建模举例
例1.2带溢流堰液槽液位模型（仅考虑水量）
从溢流堰流出的水量计算公式为（Francis 堰）：
mout＝1.015nLh1.5
h＝ M H
0
0
5 10 15 20 25 30
Time in hours
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第一章建模与仿真
1.1 简单系统建模
简单系统建模举例
例1.5污泥耗氧速率模型（反应改变浓度）
DO in mg/l
Respiration Rate in mg/l/h
8
0.5
0.4
6
0.3
4
0.2
0.1
2
0
0
5 10 15 20 25 30