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第1章化工模拟计算概述 1

1.1化工模拟计算的重要性 1

1.2数学模型 1

1.3几个重要的化工软件 1

3.2.2数值微分 5 1

目 录 1

1.4数值计算技术的发展现状和编程语言的选择 2

1.5 MATLAB简介 3

1.6化工模拟计算文献综述 4

1.7本书的特点 5

2.4数据输出和输入 1 7

1.8本书用途及读者对象 7

参考文献 7

7.1 概述 2 1 9

2.1.1集成开发环境 9

第2章MATLAB编程基础 9

2.1 MATLAB的集成开发环境和基本操作 9

2.1.2基本操作 10

2.1.2.1 MATLAB的帮助功能 10

2.1.2.2基本操作命令 10

2.2 MATLAB的编码基础 12

2.3变量、常数和数据类型 12

2.3.2 MATLAB数组、向量和矩阵 12

2.3.1变量及作用域 12

2.3.3.1字符型（char）和字符串（string） 14

2.3.3数据类型 14

2.3.3.2数值型 15

2.3.3.3单元数组（Cell Arrays） 15

2.3.3.4结构（Structure） 16

2.3.3.6 java类 17

2.4.1 数据输出 17

2.3.3.5 函数句柄 17

2.4.2数据输入 18

2.5函数和过程 19

2.5.1 Script文件 19

2.5.2 函数 20

2.6程序流程控制 21

2.6.1 if选择语句 21

2.6.3 for循环结构 22

2.6.2 switch多重分支结构 22

2.6.6 continue语句 23

2.6.7 break和pause语句 23

2.6.8 return语句 23

2.7数值计算 23

2.6.5 try…catch语句 23

2.6.4while循环结构 23

2.8符号运算 24

2.8.1符号表达式的生成 25

2.8.3符号矩阵的创建 25

2.8.2符号与数值之间的转换函数 25

2.8.4将数值矩阵转换为符号矩阵 26

2.8.5符号矩阵的运算 26

2.8.6符号微分和差分 26

2.8.7代数方程的符号求解 26

2.8.8常微分方程的符号求解 27

2.8.9调用maple的符号计算函数 28

2.9.1 二维图形 29

2.9图形可视化 29

2.9.2 2 1/2维图形 31

2.10调试方法及程序设计实例 32

2.10.1调试方法 32

2.9.3三维图形 32

2.10.2程序设计实例 34

2.11 优化MATLAB程序代码 36

2.12小结 38

参考文献 40

第3章MATLAB在数值分析中的应用 41

3.1插值与拟合 41

3.1.1 数据插值 41

3.1.2.1最小二乘多项式拟合 43

3.1.2最小二乘法拟合 43

3.1.2.2用最小二乘法拟合生成样条曲线 45

3.1.3应用实例 47

3.2数值积分与数值微分 49

3.2.1数值积分 49

3.2.3.1常见的数值积分例子 53

3.2.3化工应用实例 53

3.2.3.2一些常见的数值微分例子 54

3.3代数方程（组）的数值解法 63

3.3.1线性代数方程组的解法 63

3.3.2非线性代数方程（组）的解法 63

3.3.3化工应用实例 64

3.4常微分方程（组）的数值解法 73

3.4.1常微分方程初值问题（IVP）的数值解法 74

3.4.2常微分方程边值问题（BVP）的数值解法 78

3.5小结 83

习题 84

参考文献 84

第4章化工中的常微分方程及其求解 86

4.1间歇反应器（Batch Reactor） 86

4.2连续槽式搅拌反应器（CSTR） 88

4.3管式反应器 90

4.4半连续反应器 96

4.5传质过程 97

4.6伴有反应的扩散过程 105

4.7传热过程 114

4.8流体流动 117

4.9生化反应 118

4.10分离－反应一体化设备 121

4.11过程控制 123

习题 129

参考文献 131

第5章化工中的偏微分方程及其求解 132

5.1概述 132

5.1.1 偏微分方程的常见类型 132

5.1.2偏微分方程的边界条件 133

5.1.3偏微分方程数值方法简介 133

5.2用有限差分法解偏微分方程 134

5.2.1有限差分法 134

5.2.2一维动态PDE模型的求解 134

5.2.3二维稳态PDE方程组的求解 137

5.2.4二维动态PDE模型及其他问题 144

5.3用正交配置法解偏微分方程 144

5.4用MOL法解偏微分方程 148

5.4.1 MOL法 149

5.4.2 直接调用MATLAB函数pdepe()求解一维动态PDE方程（组） 149

5.5用有限元法解偏微分方程 158

5.5.1 MATLAB PDE工具箱简介 158

5.5.2 PDE 工具箱可解决的化学工程问题 160

5.5.2.1传热（Heat Transfer） 160

5.5.2.2扩散传递（Diffusion Transfer）——传质 160

5.5.2.3流体力学方程 161

5.5.3利用pdetool求解偏微分方程 162

5.5.3.1利用pdetool求解PDE问题的一般步骤 162

5.5.3.2应用实例 170

5.5.4使用PDE工具箱的命令行函数求解偏微分方程 174

5.6小结 187

习题 187

参考文献 190

第6章化工最优化方法 191

6.1最优化方法及其常用算法 191

6.1.1最优化方法概述 191

6.1.1.1最优化问题的基本概念 191

6.1.1.2最优化问题的一般形式 191

6.1.1.3优化问题一般求解方法[1] 192

6.1.1.4 MATLAB最优化工具箱的最小化函数 192

6.1.2单变量最优化问题 192

6.1.3线性规划 193

6.1.4无约束多变量问题最优化 195

6.1.5二次规划 196

6.1.6多变量有约束最优化（非线性规划）问题 198

6.1.7多目标最优化 199

6.1.8.1最小二乘问题简介 201

6.1.8.2线性最小二乘问题 201

6.1.8最小二乘法 201

6.1.8.3非线性最小二乘问题 202

6.2化工过程的设计优化 204

6.3化工过程的操作优化 208

6.4其他化工优化问题 215

6.5全局最优化简介 216

习题 216

参考文献 217

7.2.1代数方程模型 219

7.2数学模型结构 219

第7章参数估计和模型辨识 219

7.2.2微分方程模型 220

7.2.2.1 ODE方程模型 220

7.2.2.2 PDE方程模型 220

7.3参数估计 221

7.3.1一般参数估计方法 221

7.3.1.1优化准则 221

7.3.1.2多元线性回归 221

7.3.1.3 多响应非线性回归——多响应加权最小二乘法 222

7.3.1.4参数估计的几个重要方面 225

7.3.2动力学参数估计 226

7.3.2.1化学反应动力学参数估计 226

7.3.2.2生化反应动力学参数估计 238

7.3.3传热参数估计 243

7.3.4相平衡参数估计 245

7.4模型辨识 246

习题 249

参考文献 251

第8章化工试验设计及数据处理 253

8.1概述 253

8.1.1基本概念 253

8.1.2试验设计方法 253

8.2常用数理统计 254

8.2.1总体和样本的统计量 254

8.2.2方差分析中的几个数学概念 255

8.3.2正交实验结果的极差分析 256

8.3.2.1 无交互作用的正交实验 256

8.3正交实验设计与数据处理 256

8.3.1 E交实验设计方法 256

8.3.2.2有交互作用的正交实验 258

8.3.3正交实验结果的方差分析 260

8.3.3.1 无交互作用的正交实验 260

8.3.3.2有交互作用的正交实验 262

8.4序贯实验设计 264

8.4.1实验设计准则 264

8.4.2序贯实验设计步骤 265

8.5 MATLAB实验设计函数 266

8.6化工数据处理指南 271

参考文献 271

9.1 概述 273

第9章神经网络在化工中的应用 273

9.2神经元模型与网络结构 274

9.2.1神经元模型 274

9.2.1.1简单神经元 274

9.2.1.2有一向量输入的神经元 274

9.2..1.3传递函数 275

9.2.2网络结构 276

9.2.2.1单层神经元网络 276

9.2.2.2多层神经网络 276

9.3线性神经网络 278

9.3.1线性神经元模型 278

9.3.2线性神经网络结构 278

9.3.3 线性神经网络的MATLAB求解方法 278

9.4.2 BP网络结构 284

9.4BP神经网络 284

9.4.1BP神经元模型 284

9.4.3 BP网络的设计 285

9.5径向基神经网络 286

9.5.1径向基神经网络的重要函数 286

9.5.2径向基神经元模型 287

9.5.3径向基函数网络的结构 287

9.5.4径向基网络的设计 287

9.5.5普遍化回归神经网络（GRNN）的设计 288

9.5.6示例 288

9.6神经网络工具箱nntool GUI求解方法 290

9.7神经网络在化工中的应用实例 294

参考文献 296

光盘内的程序文件一览表 297