描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787122423733
《现代化工数值计算》借鉴了国外相关教材的编写模式，按照化工专业知识模块进行主要章节的划分，搜集了各专业知识模块的代表性数值计算实例，并针对每个实例，配套编写了不同类型的软件程序，能够供不同兴趣和能力的学习人员在不同课程学习、不同类型问题研究时参考。
《现代化工数值计算》以MATLAB、Mathematica、Mathcad 系列软件为工具，以化工不同专业知识模块所涉及的数值计算问题为导向，以实例的形式给出了各种软件计算的方法。全书共分10章，第1章介绍了化工计算的发展历程和基本方法，第2章对本书涉及的三种数值计算软件进行了讲解，第3～10章依次对数据回归与关联、化工热力学、流体力学、传质、传热、化学反应工程、分离工程、过程动态特性与控制等领域的计算实例进行分析并附上相应的程序，读者可用微信扫描封底二维码下载使用。
本书可作为化工计算类课程的教材，帮助化学工程与工艺专业本科生和研究生提升化工数值计算的能力，使其从复杂的求解中解脱出来。本书还可为化工原理、化工传递过程、化工热力学、化学反应工程、分离工程等化工专业主干课程提供支持。
第1章绪论 1
1.1化工计算的发展历程 1
1.2计算机在化工计算中的重要性 1
1.3求解模型分类 2
1.4数值计算方法 4
1.5误差 5
1.5.1 误差的来源与分类 5
1.5.2 绝对误差与相对误差 5
1.6常用计算软件 7
1.6.1 MATLAB 7
1.6.2 Mathematica 7
1.6.3 Mathcad 7
参考文献 8
第2章化工计算常用软件简介 9
2.1MATLAB 软件 9
2.1.1 软件界面 9
2.1.2 数据结构 11
2.1.3 函数 15
2.1.4 可视化 17
2.1.5 代数方程求解 21
2.1.6 微分方程求解 23
2.1.7 数据拟合和回归 25
2.1.8 数据插值 27
2.1.9 程序设计 28
2.2Mathematica 软件 32
2.2.1 软件界面 32
2.2.2 函数 32
2.2.3 数据类型与结构 35
2.2.4 可视化 38
2.2.5 代数方程求解 43
2.2.6 微分方程求解 45
2.2.7 数据拟合和回归 48
2.2.8 数据插值 52
2.2.9 程序设计 53
2.3Mathcad 软件 56
2.3.1 软件界面 56
2.3.2 数据类型与结构 56
2.3.3 函数 57
2.3.4 可视化 58
2.3.5 代数方程求解 62
2.3.6 微分方程求解 63
2.3.7 数据拟合和回归 65
2.3.8 数据插值 66
参考文献 68
第3章数据回归与关联 69
3.1多元线性回归方法估计Antoine 方程的参数 69
3.2非线性回归方法估计Antoine 方程的参数 71
3.3多项式拟合方法关联气体的比热容公式 72
3.4多项式拟合方法关联丁烷的热导率公式 74
3.5多项式拟合方法关联丁烷的黏度公式 76
3.6多项式拟合方法关联丁烷的汽化热公式 78
3.7因次分析法确定液体在圆管中的热传递公式 81
3.8用Margules 方程关联二元活度系数 83
3.9反应速率数据的回归——检验变量之间的相关性 86
3.10NO 催化还原反应速率模型的建立 88
参考文献 89
第4章化工热力学 90
4.1用van der Waals 方程计算摩尔体积和压缩因子 90
4.2van der Waals 方程所得压缩因子图 92
4.3用不同状态方程所得压缩因子图 94
4.4真实气体绝热充气过程的计算 96
4.5真实气体的绝热压缩过程的计算 99
4.6用状态方程计算偏离函数 101
4.7由状态方程计算蒸汽的热力学性质 103
4.8由不同状态方程计算纯流体的逸度系数 106
4.9溶液中某组分偏摩尔焓的计算 108
4.10由汽液平衡数据识别溶液的活度系数模型 109
4.11多元理想体系汽液平衡组成计算 111
4.12二元体系的相图 112
4.13多元理想体系的闪蒸计算 113
4.14实验数据的热力学一致性检验 114
4.15由恒温下的总压数据计算汽液平衡Ⅰ 118
4.16由恒温下的总压数据计算汽液平衡Ⅱ 120
4.17由共沸点数据计算Wilson 方程参数 121
4.18由van Laar 方程计算非理想体系的汽液平衡 123
4.19非稳态混合过程的计算 125
参考文献 126
第5章流体力学 127
5.1圆管中轴向稳态层流速度分布求解 129
5.2套管环隙间轴向稳态层流速度分布 131
5.3两平壁间稳态层流速度分布求解 134
5.4非稳态层流速度分布的求解——斯托克斯第一问题 138
5.5非稳态层流速度分布的求解——斯托克斯第二问题 142
5.6非稳态层流速度分布的求解——斯托克斯第三问题 145
5.7边界层内动量传递过程的速度及厚度分布 148
5.8圆柱形容器湍流排出管路最优长度的确定 150
5.9黏性流体沿垂直圆柱体壁面稳态层流 153
5.10流体与固体粒子之间的相对运动（沉降的爬流计算） 155
参考文献 157
第6章传质 158
6.1斯蒂芬管中的双组分一维传质 158
6.2球形固体物的升华 162
6.3药片包裹层溶解的药物释放过程 165
6.4等温条件下催化剂粒子中的扩散及其反应 167
6.5催化床层中同时发生扩散和可逆反应 169
6.6平板中的非稳态传质 172
参考文献 175
第7章传热 176
7.1多层平壁一维稳态热传导 176
7.2通电和绝热条件下金属线中的热传导 179
7.3管侧存在对流传热的单管换热器 182
7.4套管换热器 185
7.5无保温层容器的对流热损失 187
7.6向薄板的非稳态辐射传热 189
7.7半无限厚介质的非稳态导热 191
7.8在有限水浴内固体球的冷却问题 193
7.9二维非稳态导热 198
参考文献 200
第8章化学反应工程 201
8.1间歇式反应器——速率数据的积分分析 201
8.2间歇式反应器——微分分析法获取动力学方程 202
8.3间歇式反应器——初始速率法获取动力学关系 203
8.4间歇式反应器——半衰期法获取动力学数据 204
8.5理想的间歇式反应器——等温条件下的体积计算 205
8.6理想的间歇式反应器——最小反应器体积计算 206
8.7间歇式反应器——换热问题 207
8.8全混流反应器（CSTR）——速率数据的分析 209
8.9全混流反应器——动力学数据的获取及应用 209
8.10连续搅拌釜式反应器——多个反应器串联操作 210
8.11全混流反应器——绝热操作 213
8.12活塞流反应器——恒容反应的反应级数对转化率的影响 213
8.13活塞流反应器——反应物体积流率沿反应器轴向逐渐变化的问题 215
8.14管式反应器——绝热操作 217
8.15轴向流动的固定床反应器——绝热操作 218
8.16固定床反应器——考虑床层压降的气相反应 219
8.17气固相催化固定床反应器——床层压降对转化率的影响 221
8.18换热式固定床反应器——气相可逆放热反应 222
8.19固定床反应器——利用多级全混流串联模型模拟反应器中催化剂的失活行为 224
8.20列管式固定床反应器——换热问题 227
8.21固定床反应器——换热操作 229
参考文献 231
第9章分离工程 232
9.1二元体系汽液平衡常数的计算 232
9.2三元混合物露点压力的计算 234
9.3精馏塔塔釜温度的计算 235
9.4二元精馏塔理论板数计算 237
9.5操作变量对多元精馏的影响 238
9.6精馏塔分离轻烃混合物 240
9.7流率加和法模拟吸收塔 241
9.8等温流率加和法计算萃取过程 243
9.9移动床解吸区的计算 245
9.10吸收过程的填料塔计算 246
9.11膜分离——方程组求解 247
9.12结晶——散点图回归求斜率 248
参考文献 249
第10章过程动态特性与控制 250
10.1一阶系统动态模型 250
10.2二阶系统动态模型 251
10.3U 形管压力计的动态特性 253
10.4储罐液位控制 254
10.5釜式搅拌加热器的动态特性与控制 256
10.6基于内模控制法（IMC）的控制器整定 260
10.7n 次多项式传递函数的解 262
10.8两个交互式储罐的液位控制 264
10.9连续搅拌釜式反应器的PI 控制 266
10.10间歇反应器的PI 控制 269
参考文献 271
党的二十大报告指出，教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。加快实现高水平科技自立自强，关键在人才，基础在教育。而随着大数据、人工智能的应用和计算能力的提升，与数值计算的结合已经成为各学科和专业发展的主要方向之一。对于化工人员，经常面临各种复杂的计算问题，大型非线性方程组、常微分方程组、偏微分方程组等屡见不鲜，这些繁杂的问题很难通过手算求解，往往需要依赖计算机软件进行数值计算。为了提升化工计算的能力，化工领域的本科生、研究生一般会学习“化工数值计算”这门课程。配套课程的编程语言在逐渐演变，例如从早期的Fortran语言到后来的C语言，随着计算机硬件技术的快速发展，进而又逐渐涌现出一批优秀的现代数值计算软件，如MATLAB、Mathematica、Mathcad等，使化工问题的求解方法发生了革命性的变化，使得化工数值计算问题的难度显著降低，为化工从业人员提供了方便。利用这些软件，可以大大减轻编程的工作量，也有助于提升学生的学习兴趣和数学模型的建立和求解能力。
目前国内的化工数值计算教材各有特色，都附有丰富的实例，但多仅以MATLAB 语言为依托进行介绍，其章节均围绕数学问题类型划分。考虑除了服务于“化工数值计算”课程教学，也便于其他相关课程参考，由此，本书借鉴了国外一些相关教材的编写模式，按照化工专业知识模块进行主要章节的划分，搜集了各专业知识模块的代表性数值计算实例，并针对每个实例，配套编写了MATLAB、Mathematica、Mathcad三种类型的计算程序(扫描封底二维码获取)，在正文中分别用表示，能够供不同兴趣和能力的学习人员在不同课程学习、不同类型问题研究时参考。
本书共分10章，各章的文稿和程序编写分工如下:第1章和第10章由孙兰义负责，第2章由陈华负责，第3章由刘子媛负责，第4章由宋春敏、刘熠斌负责，第5章由陈金庆负责，第6章和第7章由薄守石负责，第8章由刘会娥负责，第9章由丁传芹、侯影飞负责。刘会娥负责全书的统稿，陈华对全书的程序进行了审核。中国石油大学(华东)的李维国教授和华东理工大学的许志美教授对全书的内容进行了审核，并提出了宝贵的意见。此外研究生刘继艳、刘兴隆、刘士伟、郝龙彬、俞明理、柳泽鑫、任俊耀、郝晓雨、吴洋、乙倩、董浩杰、刘文硕、李信农、孔洁、董梦茹、韩述盟、温燕军等对本书部分程序的编写和校核付出了诸多努力。在此一并深表感谢!
本书可作为本科生、研究生“化工数值计算”课程的教材，还可作为化工原理、化工传递过程、化工热力学、化学反应工程、分离工程等化工专业主干课程的参考书,对从事化工过程开发和研究的人员也有一定的参考价值。
由于编者水平所限,书中难免存在疏漏,敬请读者批评指正。
编者
2023年6月于青岛
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