化工數學模型方法 pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:高等教育

作者:毛在砂

出品人:

頁數:253

译者:

出版時間:2008-2

價格:30.60元

裝幀:

isbn號碼:9787040231960

叢書系列:中國科學院研究生院教材

圖書標籤:

• 化工數學類
• 應用數學
• 化學
• 化工數學模型
• 數學模型
• 化工工程
• 數值分析
• 優化算法
• MATLAB
• Python
• 模擬仿真
• 過程控製
• 高等數學

《化工數學模型方法》 本書旨在為化工領域的研究人員、工程師及相關專業學生提供一套係統、深入的數學模型構建與應用指南。全書緊密圍繞“建模”這一核心概念，從基礎理論齣發，逐步深入到復雜的工程問題求解，旨在培養讀者獨立分析問題、抽象化、建立數學模型並進行求解的能力。 核心內容概述： 第一部分：建模基礎與原理 緒論： 介紹化工數學建模的意義、發展曆程、基本步驟以及建模的原則。重點闡述建模的必要性、科學性與工程實用性之間的平衡。 建模基本概念： 詳細講解模型、變量、參數、約束條件、目標函數等基本術語的定義與內涵。區分描述性模型、預測性模型、優化模型等不同類型。 質量、能量與動量守恒定律： 這是化工過程建模的基石。本書將詳細推導和闡述如何在不同尺度和係統下應用這些守恒定律。 質量守恒： 涵蓋組分守恒、總質量守恒，並探討反應過程中的化學計量關係。 能量守恒： 重點講解熱力學第一定律的應用，包括顯熱、潛熱的計算，相變焓，以及考慮能量輸入的反應過程。 動量守恒： 介紹牛頓第二定律在流體流動中的應用，推導納維-斯托剋斯方程等基本方程，並探討其簡化形式（如伯努利方程）的適用範圍。 物性與相平衡： 詳細介紹化工過程中至關重要的物性參數（如密度、粘度、熱導率、擴散係數等）的獲取、關聯式及其在模型中的應用。重點講解氣液、液液、固液等多相平衡的數學描述，如拉烏爾定律、亨利定律、活度係數模型（Wilson, NRTL, UNIQUAC）以及狀態方程（Virial, Peng-Robinson, Soave-Redlich-Kwong）等。 第二部分：常用模型構建方法 集中參數模型（集總模型）： 講解如何將連續過程簡化為若乾個點來描述，適用於反應器、儲罐、傳熱器等。重點介紹常微分方程（ODE）的建立與求解。 分布參數模型（偏微分方程模型）： 針對具有空間分布特性的過程，如管式反應器、填料塔、管道流動等，講解偏微分方程（PDE）的建立。 穩態模型與動態模型： 穩態模型： 描述係統在恒定條件下達到平衡狀態時的行為，通常由代數方程（AE）和常微分方程（ODE）組成。 動態模型： 描述係統隨時間變化的瞬態行為，以常微分方程（ODE）和偏微分方程（PDE）為主，是理解過程啓動、停車、擾動響應以及控製策略設計的基礎。 經驗模型與半經驗模型： 介紹在缺乏足夠機理信息時，如何通過實驗數據擬閤得到模型，並探討其局限性。 機理模型（第一性原理模型）： 強調基於物理化學原理建立模型的重要性，盡管其構建過程可能更為復雜，但具有更強的普適性和預測能力。 第三部分：模型求解與驗證 數學方程求解方法： 解析解法： 適用於簡單方程，介紹其原理與局限性。 數值解法： 重點講解各類數值方法的原理與應用： 常微分方程（ODE）求解： 歐拉法、龍格-庫塔法、Adams-Bashforth法等。 代數方程組（AE）求解： 牛頓-拉夫遜法、迭代法等。 偏微分方程（PDE）求解： 有限差分法（FDM）、有限元法（FEM）、有限體積法（FVM）等。 模型求解軟件與工具： 介紹常用的工程軟件，如MATLAB/Simulink, Aspen Plus, COMSOL Multiphysics, gPROMS等，及其在模型建立、求解和可視化中的應用。 模型驗證與辨識： 模型驗證： 介紹如何通過實驗數據或文獻數據來評估模型的準確性和可靠性。 模型辨識： 探討如何利用實驗數據來估計模型參數，提高模型精度。 不確定性分析與靈敏度分析： 講解如何評估模型輸入參數的不確定性對模型輸齣結果的影響，以及識彆模型中哪些參數對結果最為敏感。 第四部分：化工過程應用實例 本書將通過大量的典型化工過程案例，將上述理論與方法付諸實踐，包括但不限於： 化學反應器建模： 間歇反應器、連續攪拌釜反應器（CSTR）、管式反應器（PFR）的穩態與動態模型。 傳質過程建模： 吸收塔、精餾塔、萃取器的多組分、多相平衡模型。 傳熱過程建模： 列管式換熱器、套管式換熱器、翅片管換熱器的溫度分布模型。 流體輸送與混閤： 管道流動阻力計算、泵/壓縮機性能模型、混閤器模型。 過程控製建模： 動態過程模型在反饋控製、前饋控製策略設計中的應用。 分離過程建模： 膜分離、結晶等過程的數學模型。 本書特色： 理論與實踐並重： 既有紮實的理論基礎，又緊密結閤化工生産實際。 由淺入深： 從基礎概念逐步引導讀者掌握復雜的建模技術。 案例豐富： 涵蓋眾多典型化工單元操作與過程，幫助讀者理解模型在不同場景下的應用。 強調計算方法： 詳細介紹各類求解算法，並推薦實用軟件工具。 培養建模思維： 旨在提升讀者的抽象思維能力、邏輯分析能力和解決工程實際問題的能力。 通過學習本書，讀者將能夠係統掌握化工數學建模的基本原理、常用方法和求解技術，從而能夠有效地分析、模擬、優化和控製各類化工過程，為化工領域的科技創新與工程實踐提供有力的支撐。

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我對這本書的期望是它能提供一套真正能指導我進行新材料閤成路綫優化的數學工具箱。作為一名緻力於新型催化劑研發的研究員，我深知過程參數的微小變動如何劇烈影響産物的選擇性和收率。因此，我期待書中能詳盡介紹如何構建多尺度模型，如何將分子動力學模擬的結果有效地橋接到宏觀反應工程模型中去。更重要的是，我希望能找到關於不確定性量化（Uncertainty Quantification, UQ）的章節，因為實驗數據總是有噪聲的，一個魯棒的模型必須能清晰地界定其預測的可靠區間。讀完之後，我發現書中更多篇幅聚焦於經典狀態空間模型和傳遞函數，雖然這些是基礎，但在處理復雜的化學反應網絡時，這些工具顯得力不從心，無法捕捉到機理層麵更深層次的相互作用。感覺上，這本書停在瞭“描述係統”的層麵，而未能有力地邁嚮“預測和指導”的層麵，這對於追求創新突破的研發工作來說，無疑是一種遺憾。

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這本書的排版和語言風格相當古樸，有一種老派教科書的嚴謹感，這對於初學者來說可能是一個門檻，但對於有一定基礎的人來說，或許能從中找到某種踏實的學術氛圍。我個人關注的重點在於如何利用數值計算方法求解那些高維偏微分方程組，尤其是在涉及相變和界麵現象時，如何選擇閤適的有限元或有限差分格式來保證穩定性和精度。書中確實提到瞭數值方法，但對每種方法的適用性分析和收斂性討論相對簡略，更像是一種知識點的羅列，而非深入的原理剖析。舉個例子，當涉及到顆粒床反應器中熱點效應的模擬時，標準的數值解法往往會遭遇網格畸變和計算效率低下的問題，我期待書中能提供一些針對化工特定難題的“竅門”或改進算法，比如自適應網格加密技術在反應器模擬中的具體實現，但這些關鍵的、具有實踐指導意義的內容，似乎被精簡掉瞭，留下的多是理論公式的推導過程，這些過程在其他經典參考書上也能找到類似的闡述。

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作為一名關注工業數據驅動模型（Data-Driven Modeling）的專業人士，我希望這本書能在我對傳統機理模型的局限性感到束手無策時，提供一條通往人工智能在化工領域應用的橋梁。我期待看到如何融閤物理信息神經網絡（PINNs）或其他深度學習架構來增強或替代部分復雜的物理方程模塊，尤其是在我們難以準確建模的流體力學邊界層或復雜催化劑孔道結構時。這本書的名稱暗示瞭其廣闊的數學視野，但我發現其內容明顯偏嚮於傳統的常微分方程和拉普拉斯變換等經典工具，對於近些年爆炸式增長的機器學習和高維統計推斷在化工優化中的應用探討甚少，或者僅僅是一筆帶過。這使得這本書在麵對當前工業界對“智能化”和“數字化轉型”的迫切需求時，顯得有些滯後。它仿佛是為上個世紀八十年代的化工工程師量身定製的，缺少對當下計算範式的迴應。

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這本書的標題吸引瞭我很久，因為它承諾瞭一套解決復雜化工係統難題的“秘籍”。我抱有很大的期待，希望它能深入剖析那些在實際工程中令人頭疼的非綫性、多變量控製問題，並提供一套嚴謹的數學框架去理解和優化反應器設計、分離過程等核心環節。然而，當我翻閱內容時，發現它似乎更側重於基礎理論的構建，對於那些急需在生産綫上解決實際問題的工程師來說，可能顯得有些抽象和遙遠。我特彆想看到一些關於先進過程控製（APC）的實戰案例，比如模型預測控製（MPC）在大型石化裝置中的具體應用細節，如何處理模型不確定性和約束優化，這些纔是檢驗“方法”是否真正“管用”的關鍵。可惜，這方麵的深度似乎有所欠缺，更多的是對經典傳熱學或流體力學方程的重新闡述，這在我看來，更像是本科教材的延伸，而非麵嚮前沿應用的研究性專著。期望中的那些能直接套用的高級優化算法實現細節，也未能如願以償地呈現。

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我購買這本書是希望深入理解如何構建能夠反映化工過程動態特性的時變模型，特彆是對於那些具有顯著延遲和時間常數差異的復雜係統，如何通過係統辨識技術獲取可靠的參數。我關注辨識算法的魯棒性，比如如何處理測量噪聲和過程擾動對參數估計的影響，以及如何從辨識結果齣發，構建齣既能解釋機理又便於控製設計的簡化模型。書中確實涉及瞭係統辨識的基礎框架，但對於如何處理大規模、高頻采樣的工業過程數據，以及如何進行模型的可識彆性分析（Identifiability Analysis），這些實踐中至關重要的步驟，介紹得相當籠統。我希望能看到更詳盡的案例研究，比如某個具體蒸餾塔的動態建模過程，從數據采集、模型選擇、參數估計到最終的性能驗證的全流程演示，而不是僅僅停留在理論公式的展示，這讓這本書更像是一部理論手冊，而非一本實戰指南。

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