Введение

Информационные технологии (далее – ИТ) неотъемлемая часть нашей жизни. Они пронизывают все сферы жизнедеятельности человека протаскивая информацию из одной области в другую. Больше не существует границ между личным, общественным и профессиональным пространством их применения.

Компьютеры работают над расшифровкой генома человека, созданием и обучением искусственного интеллекта и компьютерного зрения. В этой области уже есть серьезные достижения – беспилотные автомобили и летательные аппараты, торговые центры без продавцов и касс. Технология 3D печати в совокупности с моделированием полностью меняет процесс создания новых, а в последствие производство серийных образцов техники.
Все более широкое распространение приобретает интернет вещей – Internet of Things (IoT) –, где каждое современное устройство будет иметь возможность обмена информацией с другим находящимся в сети устройством, и влиять на его состояние, посылать команду на действие без участия человека.

Однако для всего этого прогресса требуется неоспоримое условие. Нужна энергия – электрическая. По крайней мере на сегодняшнем уровне развития цивилизации. Электрическая энергия – это наиболее качественный и организованный вид энергии, способный к передаче на большие расстояния. Она легко может быть трансформирована или преобразована в любой другой вид энергии, используемый человеком – тепловую, механическую.

Моделирование

На всех стадиях жизненного цикла электростанции: проектирование, строительство и эксплуатация, инженерами используется программное обеспечение. Станция не может существовать и функционировать без программного обеспечения. Особая роль отводится моделированию физических процессов (тепловых, гидравлических), протекающих на станции, режимов работы энергетического оборудования, параметров надежности, безопасности и экономической эффективности станции.

Моделирование — это способ получения новых знаний и прогнозирование поведения модели объекта исследования в тех или иных заданных условиях. Модель позволяет научиться правильно управлять объектом, апробируя различные варианты управления на модели этого объекта. Использовать для этого реальный объект часто бывает рискованно или просто невозможно. Моделирование – единственный метод получения знаний, которые не могут быть получены непосредственным образом.

Если свойства объекта с течением времени меняются, то особое значение приобретает задача прогнозирования состояний такого объекта под действием различных факторов. При проектировании и эксплуатации современной тепловой электрической станции желательно уметь прогнозировать последствия изменений режима работы станции, характеристик надежности как отдельных элементов, так и станции в целом. Наибольшее распространение в исследовании проблем энергетики получило математическое моделирование.

Математическая модель объекта - представляет формализованное (математическое) описание процессов в нем и выражена в виде формул, уравнений, неравенств, логических условий, операторов и т.д. В составе математической модели могут быть выражения, отражающие общие физические законы, так и различные эмпирические и полуэмпирические зависимости между разными параметрами объекта, теоретическая форма которых неизвестна или слишком сложна. В целом эти зависимости должны достаточно точно количественно и качественно описывать наиболее важные свойства объекта.

Математическое моделирование - метод исследования объектов и процессов реального мира с помощью их приближенных описаний на языке математики - математических моделей.
Конечной целью математического моделирования оборудования или режимов работы тепловой станции является выбор оптимальной тепловой схемы и ее параметров, конструктивно-компоновочных решений по оборудованию. Информация, полученная при анализе работы модели может быть не единственной, но достаточной для принятия решения в той или иной ситуации.

Современный инженер, в зависимости от сферы деятельности, должен уметь разрабатывать математические модели процессов физики, техники, энергетики и экономики, понимать и уметь применять численные методы решения математических задач, алгоритмы решения этих задач, а также иметь навыки программирования и разработки прикладного программного обеспечения. Настоящее пособие направленно на изучение процесса моделирования реальных теплоэнергетических задач. В ходе работы будет изучен определенный минимальный набор алгоритмов вычислительной математики, способы их программной реализации на ПК, получен опыт использовании готовых пакетов программ.

Процесс создания математической модели условно можно разбить на ряд основных этапов:

- построение математической модели;

- постановка, исследование и решение соответствующих вычислительных задач;

- выбор языка программирования и програмирование решения задачи;

- проверка качества модели на практике и модификация модели.

Может быть, Вы будете использовать этот набор навыков как основной инструмент своих исследований, не став профессиональным программистом.

Возможно, вы будете профессионально общаться с людьми, работая в областях, в которых эти знания могут дать существенное конкурентное преимущество в карьерном росте.