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第1章 绪论1

1.1 化工系统工程概述1

1.1.1 系统工程与化工系统工程1

1.1.2 基本任务与内容3

1.1.3 基本方法与技术路线4

1.1.4 与其他相关学科的关系4

1.1.5 常用术语5

1.1.6 应用化工系统工程技术的成功范例6

1.2 化工系统工程的主要技术手段与工具6

1.2.1 流程模拟系统及其用途6

1.2.2 流程模拟系统的发展沿革7

1.2.3 著名流程模拟系统介绍8

1.3 流程模拟系统的分类、系统结构及各部分的作用8

1.3.1 流程模拟系统的分类8

1.3.2 流程模拟系统的构成及各部分作用8

1.4 其他技术手段9

1.5 发展前景与方向9

1.6 工业应用领域9

本章要点9

思考题110

本章参考文献10

第2章 数学模型11

2.1 概念、定义与分类11

2.1.1 模型11

2.1.2 数学模型及分类11

2.1.3 运用模型方法的实例12

2.1.4 流程模拟系统中的模型13

2.1.5 评价模型的标准13

2.2 过程系统模型及其自由度13

2.2.1 数学模型的自由度及物理意义13

2.2.2 独立化学反应数问题19

2.3 机理模型21

2.3.1 机理模型的特征21

2.3.2 建模手段与实例22

2.4 经验模型及其建模方法25

2.4.1 建模问题的描述26

2.4.2 最小二乘法26

2.4.3 多元线性回归27

2.4.4 一元线性回归28

2.4.5 适用范围与使用单位28

2.4.6 线性化方法28

2.4.7 统计检验29

2.4.8 数值精度与数值稳定性30

2.4.9 应用要点31

2.5 流程结构模型31

2.5.1 图形表达方式32

2.5.2 矩阵表达方式33

2.5.3 代数表达方式35

2.6 流程模拟基本模型35

2.6.1 纯组分性质35

2.6.2 流体热力学性质模型37

2.6.3 流动模型38

2.6.4 相平衡模型39

2.6.5 反应动力学模型与化学平衡模型40

2.6.6 传递过程模型40

2.7 过程单元模型41

2.7.1 单元过程稳态模型及模块概述41

2.7.2 混合器41

2.7.3 分流器42

2.7.4 平衡闪蒸43

2.7.5 换热器43

2.7.6 泵与压缩机44

2.7.7 精馏塔板44

2.7.8 通用分离器45

2.7.9 反应器46

2.7.10 聚合反应过程模型与链节分析法46

2.8 关于数学模型预测性检验的探讨51

2.8.1 模型显著性检验的意义及其存在的问题52

2.8.2 关于模型预测性能的统计推断53

2.8.3 实际应用中的问题55

2.8.4 小结56

本章要点56

思考题257

本章参考文献58

第3章 数学模型剥求解方法59

3.1 基本概念59

3.1.1 隐式与显式代数方程及几何解释59

3.1.2 迭代过程与迭代法60

3.1.3 与收敛性有关的概念62

3.2 线性代数方程组63

3.2.1 一般形式63

3.2.2 简单迭代法（Jacobi，雅可比法）63

3.2.3 超松弛迭代算法（Successive Over Relaxation Method,SOR法）64

3.3 非线性一元方程迭代解法65

3.3.1 隐式方程迭代解法65

3.3.2 程序设计68

3.3.3 显式方程迭代解法72

3.3.4 局部收敛性问题与局部收敛条件定理75

3.4 非线性代数方程组迭代解法75

3.4.1 直接迭代法（Direct Substitution,Direct Iteration）76

3.4.2 部分迭代法（Partial Substitution）77

3.4.3 牛顿（Newton）算法77

3.4.4 布罗伊登（Broyden）算法77

3.4.5 Broyden-Fletcher-Shanno算法78

3.5 迭代加速技术78

3.5.1 DEM（Dominant Eigenvalue Method）加速法78

3.5.2 王德人加速法79

3.5.3 讨论79

3.6 方程组求解的切割技术79

3.6.1 实例79

3.6.2 原理与效果81

3.6.3 方程组的分解84

3.6.4 方程组分解的算法86

3.7 双层法87

3.7.1 方法原理与技术关键87

3.7.2 泡点计算的双层法88

3.7.3 平衡闪蒸计算的双层法91

3.8 常微分方程组初值问题与动态模拟92

3.8.1 实例（连续流动搅拌水槽模拟）92

3.8.2 常微分方程（组）初值问题的一般形式93

3.8.3 显式欧拉（Euler）法及其有关概念93

3.8.4 隐式欧拉（Euler）法95

3.8.5 预测-校正算法96

3.8.6 动态算法求解稳态问题及其逆问题96

3.8.7 动态流程模拟中的常微分方程组初值问题98

3.9 化工装置动态仿真98

本章要点102

思考题3103

本章参考文献105

第4章 流程模拟基本技术106

4.1 流程模拟系统的结构与程序设计106

4.1.1 流程模拟系统的数据结构106

4.1.2 流程模拟系统的构成107

4.1.3 计算步骤107

4.2 序贯模块法109

4.2.1 基本概念与实例109

4.2.2 流程切割与排序技术112

4.2.3 收敛模块与控制模块的原理及作用114

4.2.4 优化模块的原理与作用118

4.3 联立方程法与联立模块法119

4.4 动态流程模拟系统124

4.4.1 动态模拟的特点124

4.4.2 动态模拟的数学描述125

4.4.3 动态序贯模块法126

4.5 化工装置仿真机127

4.5.1 系统构成128

4.5.2 关键技术129

4.5.3 应用领域129

本章要点130

思考题4130

本章参考文献130

第5章 运筹学方法132

5.1 概述132

5.1.1 基本概念132

5.1.2 常见手段与方法135

5.1.3 实例136

5.2 无约束极值问题的基本概念137

5.2.1 局部极值137

5.2.2 局部极值存在条件137

5.2.3 凸函数及凸函数极值138

5.2.4 迭代算法分类139

5.3 一维搜索的原理与方法140

5.3.1 （一维搜索）序贯消去法140

5.3.2 Fibonacci法（菲波那奇法）142

5.3.3 黄金分割法143

5.3.4 牛顿（Newton）法145

5.3.5 算法讨论146

5.4 多维搜索147

5.4.1 无约束多变量函数的优化策略147

5.4.2 坐标轮换法147

5.4.3 负梯度法148

5.4.4 单纯形法149

5.4.5 牛顿法150

5.4.6 其他算法150

5.5 线性规划问题155

5.5.1 线性规划问题155

5.5.2 线性规划问题的基本概念157

5.5.3 线性规划问题的求解方法159

5.6 非线性规划问题168

5.6.1 非线性规划问题168

5.6.2 非线性规划数学模型172

5.6.3 非线性规划问题图示172

5.7 运筹学方法用于实际工程问题的关键173

本章要点174

思考题5174

本章参考文献174

第6章 系统综合概述176

6.1 典型系统综合问题176

6.2 系统综合基本方法与关键178

6.2.1 换热网络综合180

6.2.2 夹点技术182

6.2.3 数学规划法设计换热网络190

6.2.4 换热网络合成中的局限性190

6.2.5 换质网络综合191

6.2.6 分离序列综合192

6.2.7 反应器网络综合194

6.3 系统优化基本方法与关键195

6.4 系统优化案例198

6.5 系统综合与优化的发展方向198

本章要点200

本章参考文献200