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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 51

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 17

1.8本书用途及读者对象7

参考文献7

7.1 概述 2 19

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