化工计算大纲

《化工数值计算》课程教学大纲课程名称：化工数值计算课程类型: 选修课总学时：60 讲课学时：36 实验学时：24学分：3适用对象: 化学工程与工艺、制药工程先修课程：高等数学、线性代数、C语言一、课程性质、目的和任务在科学研究和工程计算中，经常遇到数学模型的求解问题，然而在许多情况下要获得准确解是十分困难的，甚至是不可能的，因此，研究其近似解法是非常必要的。

数值计算方法又称计算方法，是一门与计算机应用密切结合的实用性很强的数学课程，从一组原始数据出发，按照确定的运算规则，进行有限步运算，最终获得数学问题数值形式的满足精度要求的近似解。

本课程介绍近代计算机常用的计算方法及基础理论。

主要内容有插值法、曲线拟合、数值微分和积分、方程求根、线性与非线性方程组的解法、常微分方程数值解法。

涉及了微积分、线性代数、常微分方程等数学问题的数值方法，同时涉及了计算机语言的内容。

二、教学基本要求通过本课程的学习，使学生初步常用的计算方法和基础理论，结合C语言，掌握科学研究和工程计算中简单数学模型的求解问题。

四、课程的重点和难点第一章误差重点：绝对误差、相对误差，有效数字，误差的传播与估计。

难点：误差的传播。

第二章非线性方程求根重点：牛顿迭代法。

难点：简单迭代法的过程，牛顿法的迭代过程。

第三章线性代数方程组的解法重点：高斯消去法；雅可比迭代法、高斯—塞德尔迭代法、超松驰迭代法。

难点：列主元高斯消去法、高斯—塞德尔迭代法。

第四章插值与拟合重点：拉格朗日插值多项式，分段低次插值，三次样条插值，曲线拟合的最小二乘法。

难点：分段低次插值，三次样条插值，曲线拟合的最小二乘法的过程。

第五章数值微分与数值积分重点：构造数值积分的基本方法，牛顿—科茨公式，龙贝格算法。

难点：复合牛顿—科茨公式。

第六章常微分方程初值问题的数值解法重点：改进的欧拉公式，龙格—库塔方法。

难点：改进的欧拉公式的构造过程，经典龙格—库塔方法的原理。

五、实践环节无七、考核方式期末笔试八、推荐教材和教学参考书教材：《数值计算方法》，李有法、李晓勤编著，高等教育出版社，2005年第二版。

计算机在化工中的应用教学大纲一、课程简介本课程旨在介绍计算机在化工领域中的应用，包括计算机模拟、化学数据库、计算流体力学（CFD）等相关技术的原理和应用。

通过本课程，学生将学习如何使用计算机解决化工领域中的相关问题，并掌握各种软件工具和技术在实际工程中的应用。

二、预备知识1.化学基础知识2.计算机基础知识三、教学目标1.了解计算机在化工领域中的应用现状和发展趋势。

2.掌握常用的化工软件工具和技术，包括计算机模拟、化学数据库、CFD等。

3.能够使用计算机解决化工领域中的问题，并进行工程应用。

4.培养学生的计算机应用能力和创新思维能力。

四、教学内容1.计算机在化工领域中的应用概述a)计算机在化工领域中的发展历程b)计算机在化工工程设计、优化和控制中的应用c)计算机辅助化学实验设计和分析2.计算机模拟a)分子模拟方法和原理b)分子动力学模拟c)蒙特卡洛模拟d)应用案例分析3.化学数据库a)化学数据库的构建和应用b)化学反应数据库c)化学结构和性质数据库d)应用案例分析4.计算流体力学（CFD）a)CFD的基本原理和数值算法b)CFD在化工领域中的应用c)CFD软件的使用和工程实践d)应用案例分析5.实践应用a)利用化工软件进行实际工程设计和优化b)使用计算机模拟方法解决化工过程中的问题c)基于CFD的化工流程优化案例分析六、教学方法1.理论授课2.案例分析和讨论3.实践操作和实验4.课程项目设计七、考核与评价1.平时成绩（包括课堂参与、作业和小组讨论）2.期中考试3.期末项目报告和答辩八、参考教材2. Hinchliffe, A. (2024). Molecular modeling: principles and applications. John Wiley & Sons.3. Leach, A. R. (2001). Molecular modelling: principles and applications (2nd ed.). Pearson Education.4. CFD Basics: An Introduction (Ansys Fluent Tutorials Series)5. Smith, W. (2005). Chemical process design and integration. John Wiley & Sons.九、参考资料1.计算机在化工中的应用与研究进展（材料科学与工程学报）2.化工领域固定床反应器CFD模拟研究综述（化学工业与工程）3.CFD在化工热流体流动方面应用进展（石油化工应用）4.化工专业计算机模拟课程教学方法研究（实验技术与管理）。

化工工艺计算说明书1. 引言本文档旨在提供化工工艺计算的详细说明和指导。

计算是化工领域中不可或缺的一部分，通过准确的计算可以帮助工程师制定科学的工艺流程和优化设备设计。

本文档将介绍常见的化工计算方法和工具，并提供示例以便读者更好地理解和应用。

2. 常见化工计算方法2.1 流体力学计算流体力学计算是化工工艺中最常见的计算之一。

它包括液体和气体在管道中流动的速度、流量、压力损失等参数的计算。

常用的流体力学计算方法有：•流速计算：通过引入质量和体积流量的定义，可以计算出流体在管道中的速度。

•压力损失计算：通过考虑流体的粘度、密度和管道长度等因素，可以计算出流体流动过程中的压力损失。

2.2 热力学计算热力学计算是研究能量转化和传递的关键计算方法。

在化工领域中，热力学计算被广泛应用于热传导、物质变化和能量平衡等方面。

常用的热力学计算方法有：•温度计算：通过考虑材料的热导率和热容量，可以计算出物体在不同条件下的温度分布。

•相变计算：通过考虑物质的相变热和变化过程中的能量平衡，可以计算出相变过程中的温度和物质的变化量。

2.3 反应工程计算反应工程计算是研究化学反应过程的一种重要方法。

它可以用于确定反应方程式、估计反应速率以及分析反应过程中的各种参数。

常用的反应工程计算方法有：•反应平衡计算：通过考虑反应物和生成物之间的化学平衡关系，可以计算出反应物的转化率和生成物的浓度。

•反应速率计算：通过实验数据，可以建立反应速率方程，并通过该方程计算出反应的速率常数和反应物的消耗速率。

3. 常见化工计算工具3.1 ExcelExcel是一种功能强大的电子表格软件，广泛应用于各个领域的计算和数据分析。

在化工领域中，可以利用Excel进行各种化工计算，例如流体力学计算、热力学计算和反应工程计算。

Excel具有易用性和灵活性，可以通过公式和函数进行复杂的计算和数据处理。

3.2 MATLABMATLAB是一种专业的数值计算和科学数据可视化软件，被广泛应用于化工领域的计算和分析。

公 式第一章绪论物料衡算：进入系统的物料量＝出系统的物料量＋系统的积累量无积累量则：进入系统的物料量＝出系统的物料量能量衡算：体系能量增量＝体系与环境交换的能量第二章流体流动与输送１、密度m v ρ= 比体积1V m νρ== 气体的密度112m M M y M y =+m p Mv R Tρ== 平均摩尔质量1122m M M y M y =+２、流体的压强（压力）Pp A=绝压＝表压＋大气压 绝压＝表压－真空度 ３、流体静力学基本方程式：211220()p p Z Z g p p h g ρρ=+-=+或 ４、液注压力计（Ｕ形管压差计） ①正置②12()i p p p Rg ρρ∆=-=-倒置12()i p p p Rg ρρ∆=-=-５、伯努利利方程式：①单位质量2212112222f u u Zg p E Z g p E ρρρρρρ+++=+++②单位体积221112211222f p p Z g u E Z g u E ρρ+++=+++６、直管阻力22L l u E d λ=或22L l u h d gλ=当量长度法22e c l u E d λ= 阻力系数法22c u E ζ= 总阻力22e f l l u E d λ+=∑和2()2f l u E d λζ=+∑ 降低阻力的途径阻力还可表示为225()81e sf l l V E d λπ+=∑７、有效功率s s N W E V Hg ρ== 轴功率a NN η=８、汽蚀余量211()2v p p u h g g g ρρ∆=+-８、最大安装高度1v g f p ph h h g gορρ=---∆ 第四章传热 １、平壁12()Q A t t λδ=- 圆筒壁1211(ln )n i i i i L t Q r r πλ=∆=+∑或1211(ln )ni i ii L tQ d d πλ=∆=+∑ ２、对流给热()w tQ A T T λδ=-令λαδ=传热系数111i iK R R i οοδαλα=++++和11i m i iK d d dR R d d id οοοοοοδαλα=++++和111iiiK οοοαααααα==++第六章吸收B B A AA A Ax M W x M x M =+A AA A BA BW M x W W M M =+*A A AmX Y 1(1m)X =+-或*A Y m A X =第七章蒸馏B A A Bp pX p p οοο-=-A A A p x y pο=1(1)AA Ax y x αα=+-minmin 1D q D qx y R R x x -=+- min D q q qx y R y x -=-1(1)FF Fx y x αα=+-第八章干燥w w g gn M H n M =w wg wn p n p p =- 0.622s spH p p ϕϕ=-0.622w wp H p p =- 00100wsp p ϕ=⨯ (0.622)S pHH p ϕ=+273(0.773 1.244)273H t V H +=+⨯()H g w I c t c t r H ο=++(1.01 1.88)2490H t H =++ 1w a X a=-或1wwX a X =+ 21()W L H H =-或21l H H ο=-总硬度: (毫克当量/升) =2EDTA EDTA M V V ⨯水样×1000CaO 毫克/升=10001000Ca EDTA EDTAF M V V ⨯水样×1000=EDTA EDTA Ca M V F V 水样×10002H In -紫红色(＜6.3)21H In -蓝色(6.3~11.55)3In -橙色(PH ＞11.55) M gIn - (酒红色)。

《化工数值计算》课程教学大纲课程代码：080132066课程英文名称：Chemical Engineering Numerical Calculation课程总学时：24 讲课：16 实验：0 上机：8适用专业：化学工程与工艺大纲编写（修订）时间：2017.7一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标本课程是化学工程与工艺专业的专业基础选修课程，主要讲授常见的数值计算方法及其在化工计算中的应用。

化工过程研究、开发与设计的重要方法是模型化，而描述实际化工过程的数学模型通常很难获得解析解，需要借助数值方法求解。

该课程与计算机应用密切结合，具有较强的实用性。

通过本课程的学习，学生将达到以下要求：1.掌握数值计算的基本概念、理论和常用的计算方法；2.能够针对复杂的生产操作过程及设备建立数学模型，并使用适当的计算方法进行求解计算；3.能够根据算法，采用计算机编程计算。

（二）知识、能力及技能方面的基本要求1.基本知识：掌握数值计算的基本概念，熟悉化工计算中常见的数值计算方法，熟悉常用的数值计算软件。

2.基本理论和方法：掌握化工计算中常见的数值计算方法的原理和步骤，如非线性代数方程（组）的求解、插值和拟合、大型代数方程组的求解、数值微分和数值积分、微分方程（组）的数值算法等。

3.基本技能:具备应用专业基础知识对实际问题建模的能力，具有一定的数值计算能力，具有较强的计算机辅助计算能力。

（三）实施说明1.教学方法：授课中强调算法的实现步骤，对算法的原理只做初步理解。

注意授课内容与相关课程的联系，选择计算实例要有代表性，对相关课程的学习有一定的促进作用。

2.教学手段：采用多媒体和板书相结合的方式。

（四）对先修课的要求本课程应在高等数学、物理化学、化工原理、化学反应工程、化工热力学等课程之后开设。

（五）对习题课、实践环节的要求1.本课程不单独安排习题课，授课中以算法的应用为主，在讲授每种算法之后，均列举化工问题实例，进行课堂实练。

《化工数值计算》实验教学大纲大纲制定（修订）时间：2017年7月课程名称：《化工数值计算》课程编号：080132066课程类别：专业基础课课程性质：选修适用专业：化学工程与工艺课程总学时：24实验（上机）计划学时：8开课单位：环境与化学工程学院一、大纲编写依据1.化学工程与工艺专业2017版教学计划；2.化学工程与工艺专业《化工数值计算》理论教学大纲对实验环节的要求。

二、实验课程地位及相关课程的联系1.《化工数值计算》是化学工程与工艺专业的专业基础课程；2.本实验是《化工数值计算》课程基础知识在化工实例中的运用；3.本实验是理解非线性方程求解的迭代法、Simpson数值积分法、最小二乘法拟合、常微分方程求解的龙格-库塔方法的基础；4.本实验以《高等数学》、《化工原理》、《化学反应工程》、《化工热力学》为先修课；5.本实验是计算方法在化工实际问题中应用的重要实践过程，可为后续的《化工工艺设计》、《毕业设计》等课程提供重要的计算问题解决方法。

三、实验目的、性质和任务1.掌握直接迭代法和牛顿迭代法求解非线性方程的算法；2.掌握复化梯形和复化辛普森数值积分算法；3.掌握改进欧拉方法和龙格-库塔方法求解常微分方程的算法；4.掌握MA TLAB程序设计基础知识，通过实例学习MATLAB编程求解各类数值计算问题的方法；5.将化工专业基础知识、数值计算方法和程序设计语言有机结合起来，解决复杂的计算问题，提高计算机解题能力。

四、实验基本要求1.实验项目的选定依据教学计划对学生计算机计算能力培养的要求；2.巩固和加深学生对常见数值计算方法的理解，提高学生综合运用所学知识的能力；3.实验要求学生掌握MATLAB编程的基础知识，掌握几种常见数值计算方法的原理和实现步骤。

4.通过实验，要求学生做到：1）认真预习实验，能够根据算法独立编写计算程序；2）能够对编写的计算程序运行和调试，并获得最终结果；3）能够对计算结果进行分析，并整理形成实验报告。

化工专业高等数学教学大纲(具体)化工专业高等数学教学大纲化工专业高等数学教学大纲应由本人根据自身实际情况书写，以下仅供参考，请您根据自身实际情况撰写。

课程名称：化工专业高等数学授课人：张老师课程时长：36学时课程目标：本课程的目标是让学生掌握高等数学的基本概念、方法和应用，为后续化工专业课程的学习打下基础。

授课内容：主题1：极限与连续内容：介绍极限的定义、性质和计算方法；讲解连续的概念和性质。

教学方法：讲授、练习、讨论。

教学资源：PPT、习题集、教学视频。

评估方法：作业、课堂练习、期中考试。

主题2：导数与微分内容：介绍导数的定义、性质和计算方法；讲解微分的概念和性质。

教学方法：讲授、练习、讨论。

教学资源：PPT、习题集、教学视频。

评估方法：作业、课堂练习、期中考试。

主题3：积分学内容：介绍不定积分和定积分的定义、性质和计算方法；讲解微积分的基本定理和导数公式。

教学方法：讲授、练习、讨论。

教学资源：PPT、习题集、教学视频。

评估方法：作业、课堂练习、期中考试。

主题4：微分方程学内容：介绍微分方程的定义、性质和计算方法；讲解常微分方程和偏微分方程的基本概念和基本解法。

教学方法：讲授、练习、讨论。

教学资源：PPT、习题集、教学视频。

评估方法：作业、课堂练习、期中考试。

主题5：向量代数与空间解析几何内容：介绍向量代数和空间解析几何的基本概念和方法；讲解向量的加法、数乘和向量的数量积、向量积和混合积；讲解空间直角坐标系和空间点的坐标以及向量的坐标表示；讲解空间直线和曲线的方程以及平面方程。

教学方法：讲授、练习、讨论。

高等数学教学大纲高等数学课程的教学大纲的基本内容应该包括以下几个方面：1.课程基本信息：包括课程名称、课程代码、授课学期、学生学号、开课学期、学分数、授课教师等基本信息。

2.课程简介：简要介绍高等数学的基本概念、基本理论和基本方法，以及其在现代科学技术和社会经济发展中的重要应用。

3.课程目标：明确高等数学课程的学习目标，包括知识目标、能力目标和素质目标。

《化工计算》学习指导书学习内容及课时安排：本课程特点：本课程没冇很深奥的理论和难掌握的知识及技能，主要是应用基础知识来解决化工生产过程的物料和热量術算问题，学习木课程所需耍的基础为：热力学第一定律（能量守恒定律），工艺基础知识，热力学基础数据和物性数据知识，一定的计算能力。

本课程学习方法：搞清基本原理，掌握计算公式，看懂教材例题，懂得习题解答。

第一章因次与单位要求掌握单位制度中的国际单位制及其我国的法定计量单位，T解米制和英制。

基本概念：因次，单位，单位制度，国际单位制（s【）。

掌握单位的换算及其换算技巧：查取换算系数——代入换算式，最好采用连接单位法（换算过程中数据连同单位一起写出來）一一计算数值并约掉相应单位——检查数值与单位正确与否。

第二章化工过程及过程参数了解化工过程、化工工艺流程，掌握常用的过程参数及各种不同单位间的换算——温度（温标）、压力（压强）、流量（流速）、组成、浓度等，这些就是化工计算的主要依据。

第三章化工基础数据了解气体的p-v-T关系及计算方法；基木的物性数据——临界状态概念及临界参数、密度与比容及其关系；物质的蒸汽压；热容（比热）。

耍求能通过各种手册、资料、教科书等获得基础数据，或者采用各种经验公式估算齐种基础物性数据，并掌握根据基木数据求得不同条件（T、p）卜•的数据的能力（如经验公式法、状态函数法等）。

第四章物料衡算——重点内容掌握物料衡算的基本概念和物料衡算的理论依据一一质量守恒定律。

第一节物料衡算式熟悉化工过程的类型：间歇操作、连续操作、半连续操作，其中连续操作过程应用最广，是掌握和应用的重点。

物料衡算式，物料衡算的基本式（4・1），总物料和系统中各组分的衡算式；第二节物料衡算的基本方法掌握物料衡算的基本方法（程序）：在弄清楚工艺过程的前捉下绘出流程示意简图，根据题意选择合适的计算基准，按照质量守恒原则列出方程，并对方程进行数学求解。

对于教材中介绍物料衡算的步骤基本掌握即口J,不必拘泥，关键在于灵活应用。