化工計算方法

前言

　　在20世紀90年代以前，我國高等教育是“精英教育”，隨著高校的擴招，我國高等教育逐步轉變?yōu)榇蟊娀逃??！笆晃濉睍r期，我國高等教育的毛入學率將達到25%左右，如果大學的人才培養(yǎng)仍然按照“精英教育”模式進行，其結果：一是有些不擅長于邏輯思維的學生學不到感興趣的知識而造成教育資源浪費；二是培養(yǎng)了遠大于社會需要的眾多的研究型人才，導致培養(yǎng)出的人才不能滿足社會的需要。要解決這一問題，高等教育模式必須進行改革。社會更需要的是應用型教育，經(jīng)濟建設更需要的是應用型人才。因此，應用型本科教育是高等教育由“精英教育”向“大眾化教育”轉變的必由之路?！　眯捅究平逃奶攸c在于應用，在人才培養(yǎng)過程中傳授知識的目的是應用而不是知識本身，這就需要應用型本科教育更加注重實際工作能力的培養(yǎng)，使學生的潛能得到極大發(fā)揮，滿足職業(yè)崗位需要。　　在21世紀，作為關系國民經(jīng)濟發(fā)展的重要工程學科之一，化學工程與工藝專業(yè)的教育觀念也急需根據(jù)學科的發(fā)展和社會對應用型本科人才的需要進行轉變：　　1．從狹窄的專業(yè)工程教育觀念轉向“大工程”教育觀念，樹立“大工程教育觀”（大工程觀是指以整合的、系統(tǒng)的、再循環(huán)的視角看待大規(guī)模復雜系統(tǒng)的思想）；　　2．從繼承性教育觀念轉向創(chuàng)新性教育觀念，樹立“創(chuàng)新性工程教育觀”；　　3．從知識傳授型教育觀念轉向素質教育觀念，樹立“工程素質教育觀”；　　4．從注重共性的教育觀念轉向特色教育觀念，樹立“多元化工程教育觀”；　　5．從本土教育觀念轉向國際化教育觀念，樹立“國際化工程教育觀”。　　教育模式和教育觀念的轉變和改革，最終都要落實在教學內容的改革上。因此，教育部高等學?；瘜W工程與工藝專業(yè)教學指導分委員會和化學工業(yè)出版社組織編寫和出版了這套適合應用型本科教育、突出工程特色的新型教材。希望本套教材的出版能夠為培養(yǎng)理論基礎扎實、專業(yè)口徑寬、工程能力強、綜合素質高、創(chuàng)新能力強的化工應用型人才提供教學支持?！　〗逃扛叩葘W?；瘜W工程與工藝專業(yè)教學指導分委員會　　2008年7月

內容概要

　　化工涉及的計算問題大多較繁雜，運用計算機求解已成為化工專業(yè)學生和技術人員必不可少的技能。本書包括緒論、非線性方程求根、插值法、曲線擬合、數(shù)值微分與積分、常微分方程數(shù)值解法、代數(shù)方程組數(shù)值解法共7章。為方便讀者理解和運用書中程序，還以附錄形式對MATLAB語言基礎作了簡單介紹。每章均配有一定數(shù)量的包括化工應用在內的習題。本書所附光盤中包括所有例題的程序。此外，本書還配有教學ppt，可供選用本書作為教材的教師免費使用?！　”緯晒└叩仍盒；?、制藥、生物工程、環(huán)境、材料及其他相關專業(yè)的學生使用。

書籍目錄

1 緒論1.1 什么是計算方法1.2 誤差和有效數(shù)字1.2.1 誤差來源1.2.2 誤差和誤差限1.2.3 有效數(shù)字1.2.4 防止誤差危害習題2 非線性方程求根2.1 二分法2.1.1 求解思路及方法2.1.2 程序及應用舉例2.2 直接選代法2.2.1 求解思路及方法2.2.2 程序及應用舉例2.3 牛頓迭代法與弦截法2.3.1 牛頓迭代法的求解思路2.3.2 弦截法的求解思路2.2.3 程序及應用舉例習題3 插值法3.1 插值函數(shù)3.2 拉格朗日插值3.2.1 線性插值3.2.2 二次插值3.2.3 n次插值3.2.4 播值余項3.2.5 程序及應用舉例3.3 二元插值3.4 樣條插值3.4.1 三次樣條插值函數(shù)3.4.2 三次樣條插值函數(shù)的構建3.4.3 應用舉例習題4 曲線擬合4.1 一元線性擬合4.1.1 最小二乘原理4.1.2 線性相關系數(shù)與顯著性檢驗4.1.3 可線性化的非線性方程4.2 多元線性擬合4.3 程序及應用舉例習題5 數(shù)值微分與積分5.1 數(shù)值微分5.1.1 差商代替導數(shù)5.1.2 插值型數(shù)值求導公式5.2 數(shù)值積分基礎5.2.1 梯形公式（n=1）5.2.2 辛普森公式（n=2）5.2.3 牛頓-科特斯公式（n等分）5.3 復化求積公式5.3.1 復化梯形公式5.3.2 復化辛普森公式5.3.3 變步長辛普森積分5.4 龍貝格求積方法5.5 程序及應用舉例習題6 常微分方程數(shù)值解法6.1 基本概念及求解思路6.1.1 常微分方程初值問題6.1.2 初值問題求解的基本思路6.2 歐拉法6.2.1 基本思路及方法6.2.2 程序及應用舉例6.3 龍格-庫塔法6.3.1 基本思路及方法6.3.2 常微分方程組及高階方程求解6.3.3 程序及應用舉例習題7 代數(shù)方程組數(shù)值解法7.1 直接法解線性方程組7.1.1 高斯消去法7.1.2 列主元高斯消去法7.1.3 追趕法解三對角線方程組7.1.4 程序及應用舉例7.2 迭代法解線性方程組7.2.1 雅可比迭代法7.2.2 高斯-塞德爾選代法7.2.3 解線性方程組的超松弛迭代法7.2.4 程序及應用舉例7.5 非線性方程組數(shù)值解7.3.1 雅可比迭代法7.3.2 塞德爾選代法7.3.3 威格斯坦法7.3.4 程序及應用舉例習題附錄 MATLAB語言基礎1 變量與表達式1.1 數(shù)據(jù)類型和變量命名規(guī)則1.2 MATLAB的內部變量1.3 MATLAB的表達式1.4 常用數(shù)學函數(shù)2 矩陣計算簡介2.1 矩陣創(chuàng)建和矩陣元素修改2.2 矩陣行列修改2.3 矩陣運算2.3.1 矩陣的數(shù)學運算2.3.2 矩陣的函數(shù)運算3 MATLAB常用語句4 M函數(shù)和M文件5 MATLAB數(shù)值計算相關函數(shù)簡介5.1 一元非線性方程及非線性方程組求解函數(shù)5.2 插值函數(shù)5.3 最小二乘擬合函數(shù)5.4 數(shù)值微分與積分函數(shù)5.5 常微分方程（組）初值問題數(shù)值求解函數(shù)ode6 常用繪圖命令參考文獻

章節(jié)摘錄

　　1　緒論　　1.1　什么是計算方法　　化學工程中，無論是開發(fā)設計、過程模擬，還是試驗研究的數(shù)據(jù)分析，計算都必不可少。例如?；ぴO計時，從最基本的熱力學參數(shù)、相平衡計算、物料與熱量的衡算，到工藝參數(shù)的確定和優(yōu)化、設備選型與設計、技術經(jīng)濟分析等，都需要進行計算。至于流程模擬與分析、流體流動和傳熱傳質的數(shù)值模擬等，所涉及的計算就更加復雜。顯然，這些計算問題不可能僅僅靠人工計算完成，計算機的運用必不可少。可以說，現(xiàn)在絕大部分的化工計算工作都是由計算機來完成。因此，運用計算機解決化工計算問題已成為化工技術人員和化工專業(yè)學生必須具備的能力。　　在包括化工學科在內的科學計算中涉及的復雜問題多為以下幾類：①采用數(shù)學解析方法無法求解或求解困難的計算；②需要反復多次進行或采用人工計算太復雜煩瑣的計算；③大量的數(shù)據(jù)處理。這些問題通常包括非線性方程求根、微積分、微分方程求解、插值與擬合、方程組求根等。由于計算機作為一種工具，實質上只會依據(jù)給定的指令做加、減、乘、除等四則運算和一些邏輯運算。因此，就需要針對上述不同的問題，研究適用于計算機的、計算時間較短、占用資源較少的求解方法，設計出求解的順序和步驟，然后，將基本運算按一定的順序和步驟構成完整的求解過程。這種求解方法稱為計算方法，簡稱算法。求解的問題不同，算法也不相同。例如，對于非線性方程的求根、函數(shù)插值、函數(shù)的積分和微分、常微分方程（組）的求解、代數(shù)方程組求解等，都要用到不同的算法。　　在算法中常用到以下幾種基本方法：　?、匐x散化方法通過差商代替導數(shù)、差分代替微分等方式，把計算機無法求解的連續(xù)性的數(shù)學問題轉化為離散的問題來處理，例如微分方程的求解就需要用到離散化方法。　?、诒平椒▽η蠼饫щy或形式未知的復雜函數(shù)f（x），用容易計算的簡單函數(shù)p（x）的值近似代替f（z）的值，p（z）稱為逼近函數(shù)，插值、擬合以及數(shù)值微分和積分都會用到逼近方法?！　、鄣ㄓ靡粋€固定公式反復計算，對較為粗糙的根的近似值進行加工直到滿足精度要求，這是求解方程和方程組的主要方法之一?！　∮行┧惴ê鸵恍┚唧w問題的求解都常常會同時用到多種基本方法?！　∷惴ㄒ卜Q為數(shù)值計算方法，運用數(shù)值計算方法求得的解通常是近似解，稱為數(shù)值解。與數(shù)值求解相關的問題是計算數(shù)學研究的內容，如算法的收斂性、求解過程的穩(wěn)定性、計算結果的誤差等。本書只側重于算法思路的理解及算法在化工中的實際應用?！　?/pre>




編輯推薦
　　《化工計算方法》還配有教學ppt,可供選用本書作為教材的教師免費使用?！痘び嬎惴椒ā房晒└叩仍盒；?、制藥、生物工程、環(huán)境、材料及其他相關專業(yè)的學生使用。





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