一、简介

DWSIM诞生于2004年，其代码最初源自Excel VBA宏实现的PR EOS和Flash算法。同年晚些时候，开发者Daniel Wagner Oliveira de Medeiros基于可运行的绘图界面示例，创建了工艺流程图绘制设计器。经数年代码积累后，DWSIM正式面世！
如今，该软件已兼容主流操作平台，被全球数以百计的学生、教师及独立咨询师广泛使用。DWSIM已被众多科学研究论文和文章所使用和引用，这证明了其计算方法与模型的能力与可靠性。2013年年中，CO-LaN管理委员会将2012年度CAPE-OPEN奖项授予Daniel Wagner，以表彰其在以开源方式发布的流程建模环境（DWSIM）中首次实现CAPE-OPEN接口。

DWSIM最初是由VB.NET编写的，后续版本逐步增加C#代码，因此其代码主要由VB.NET和C#编写，其开源协议为GPL-3.0。相较于前两个开源软件，该软件最大的特点是成熟，已经被广泛使用和引用。

Offical Website: http://dwsim.inforside.com.br
Source Code: http://github.com/DanWBR/dwsim
Support: https://sourceforge.net/p/dwsim/discussion/

二、DWSIM特点

DWSIM支持稳态/动态流程建模、热力学性质计算、单元操作模拟等核心功能，兼容Windows、Linux、macOS多系统。它最吸引人的地方在于：

• 双界面适配：Classic UI适配Windows系统，稳定可靠；Cross-Platform UI基于Eto.Forms，在Linux、macOS上呈现原生体验，不用再为系统兼容头疼。
• 功能全面：从基础的物流计算、单元操作建模，到高级的灵敏度分析、流程优化、Python脚本自动化，甚至动态模拟与PID控制，功能覆盖化工模拟全场景。
• 开源免费+社区支持：源代码公开可定制，无版权费用；官方提供详细文档、教程和论坛支持，全球开发者共同维护更新。
• 兼容性拉满：支持CAPE-OPEN标准，可对接外部物性包和单元操作；能导出XML/JSON文件，还能通过Excel插件直接调用热力学计算功能。

三、核心功能

1. 流程建模：稳态+动态双模式覆盖

无论是基础的稳态流程设计（比如混合、分离、反应流程），还是复杂的动态模拟（比如设备启停、负荷波动、PID控制），DWSIM都能轻松应对。

• 稳态模拟：支持物流、能量流连接，自动完成物料衡算和能量衡算，可视化流程图（PFD）拖拽式操作，新手也能快速上手。
• 动态模拟：可添加PID控制器、液位计、压力表等设备，模拟瞬态过程（如储罐液位控制、反应器温度波动），还能设置事件触发和调度方案。

2. 热力学计算：精准又全面

模拟的核心是物性数据，DWSIM内置了1500+化合物数据库，支持多种热力学模型：

• 状态方程（EOS）：Peng-Robinson、Soave-Redlich-Kwong、PRSV2等，适配非极性/极性体系、高压/低压场景。
• 活度系数模型：NRTL、UNIQUAC、Modified UNIFAC等，适合精馏、萃取等分离过程。
• 专项模型：IAPWS蒸汽表、海水模型、黑油模型、CoolProp物性库，覆盖特殊体系模拟需求。
• 石油馏分表征：支持从蒸馏曲线或 bulk 性质生成假组分，满足石油化工流程模拟。

3. 单元操作与反应器：覆盖全流程需求

内置数十种单元操作模型，无需额外插件：

• 基础设备：混合器、分离器、换热器、泵、阀门、管道等。
• 分离设备：shortcut精馏塔、严格精馏塔、吸收塔、萃取塔等。
• 反应器：转化反应器、平衡反应器、Gibbs反应器、PFR、CSTR等，支持均相/多相反应、催化反应。
• 特色设备：自定义单元操作（通过脚本编写）、Excel单元操作（基于表格建模）、固体分离器等。

4. 高级工具：让模拟更高效、更深入

• 灵敏度分析：研究单个/多个变量对目标参数的影响（如温度对反应转化率的影响），自动生成数据报表和图表。
• 流程优化：多变量优化（最大化产率、最小化能耗），支持约束条件设置。
• 脚本自动化：通过IronPython/Python.NET编写脚本，实现批量模拟、自定义计算逻辑、流程控制，大幅提升工作效率。
• 结果导出：可生成PDF/ODS/XML格式报告，也能直接同步到Excel进行后续分析。

5. 定制化能力：满足特殊场景需求

如果基础功能无法覆盖你的需求，DWSIM的定制化能力会让你惊喜：

• 物性计算重载：通过脚本修改默认物性计算逻辑（如自定义粘度混合规则）。
• 单元操作定制：编写Python脚本Override设备计算流程，适配特殊设备模型。
• 自动化对接：通过COM/.NET接口，可与Excel、MATLAB等软件联动，实现批量模拟和数据处理。

四、DWSIM的求解器

FlowsheetSolver.vb是DWSIM流程模拟软件的核心求解器实现，核心功能是管理流程中物料流、能量流、单元操作的计算逻辑，支持同步/异步/并行计算、循环流收敛加速，是稳态与动态流程模拟的核心执行模块。

其求解方法也可以归结为序贯法（Sequential Method），即按流程中对象的依赖顺序，依次计算每个对象的状态，直到所有对象的状态都收敛。物料流、能量流、单元操作的地位都是平等的，物料流、能量流虽然为流对象，但在求解时也被视为独立的对象，与单元操作并行计算。

1 对象计算核心方法

• 支持物料流（MaterialStream）、能量流（EnergyStream）、单元操作（UnitOp）的单独计算，通过CalculateObject和CalculateMaterialStream实现。
• 处理对象间的输入输出连接联动，修改一个对象后自动触发下游关联对象的重新计算。

2 计算队列与流程控制

• 通过ProcessCalculationQueue管理计算队列，处理对象计算顺序、用户取消请求（CancellationToken）。
• 集成异常捕获机制，记录计算错误信息，支持“求解中断时停止”或“继续执行”的灵活配置。

3 循环流收敛与加速

• 识别流程中的循环流（Recycle），通过Broyden加速方法减少迭代次数，提升循环系统的收敛速度。
• 自动判断循环流收敛状态（温度、压力、质量流量误差满足阈值），收敛后退出迭代。

4 动态系统

• 支持动态模式（DynamicMode），在动态模拟中，循环流（Recycle）被视为冗余，无需额外计算，代码如下：

'in dynamic mode, recycles are redundant

这意味着该求解器在时间方向上是逐步显示求解的。