化工應(yīng)用數(shù)學分析（王金福）（第二版）
《化工應(yīng)用數(shù)學分析》(第二版)分為工程數(shù)學基礎(chǔ)和化工相關(guān)微分方程解析方法兩部分內(nèi)容。工程數(shù)學基礎(chǔ)部分介紹了化工數(shù)學模型、微分方程概論、場論初步、復(fù)變函數(shù)、積分變換等，選取了與化工科學研究和技術(shù)開發(fā)密切相關(guān)的知識點和相關(guān)理論及方法，內(nèi)容力求基礎(chǔ)知識的實用性�；は嚓P(guān)微分方程解析方法介紹了與常微分方程、常微分方程組、偏微分方程和偏微分方程組相關(guān)的基本理論和方法，內(nèi)容從滿足化工科學研究和工程技術(shù)開發(fā)的需要出發(fā)，以介紹解析求解方法為主，理論聯(lián)系實際，注重化工專業(yè)的應(yīng)用背景，注重對學生數(shù)學能力的培養(yǎng)。書中各章均有適量的習題，以幫助讀者理解基本概念和基本方法。
本書可作為化工相關(guān)專業(yè)研究生“工程數(shù)學”課程的教材，也可作為化工領(lǐng)域科研及工程技術(shù)人員解決工程數(shù)學問題的參考書。
王金福，清華大學化工系，教授，長期從事化學反應(yīng)工程與工藝、能源化工領(lǐng)域的教學及科研工作。在非均相反應(yīng)過程、新型能源轉(zhuǎn)化技術(shù)等領(lǐng)域承擔和已完成包括國家自然科學基金、國際合作、部委攻關(guān)、校企合作等科研項目二十余項。完成漿態(tài)床一步法二甲醚技術(shù)、連續(xù)重整反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計、萬噸級有機硅流化床技術(shù)等產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，為企業(yè)帶來巨大經(jīng)濟效益和社會效益�，F(xiàn)任九三學社中央科技委員會委員、國際三相反應(yīng)工程會議國際組委、中國顆粒學會理事、中國化工學會精細化工委員會委員、《化學通報》和《海湖鹽與化工》編委等職。發(fā)表學術(shù)論文220余篇，其中SCI收錄80余篇，發(fā)明專利二十余項，獲省部級科技獎勵4項、清華大學“學術(shù)新人”獎、校重大效益推廣獎1項。
第1章 化工數(shù)學模型1
1.1 化工數(shù)學模型分類1
1.1.1 按系統(tǒng)和數(shù)學性質(zhì)分類2
1.1.2 按建模方法分類3
1.1.3 按量化程度分類3
1.2 傳遞過程基本方程3
1.2.1 連續(xù)性方程4
1.2.2 動量衡算(運動)方程5
1.2.3 能量傳遞方程8
1.2.4 質(zhì)量傳遞方程12
1.2.5 傳遞方程的類比13
1.3 反應(yīng)動力學方程14
1.3.1 均相反應(yīng)動力學14
1.3.2 氣固催化動力學15
1.4 化工數(shù)學建模方法17
1.4.1 理論分析法17
1.4.2 實驗歸納法22
習題28
第2章 微分方程概論29
2.1 微分方程的分類29
2.1.1 常微分方程29
2.1.2 偏微分方程30
2.2 微分方程定解條件31
2.2.1 初始條件與初值問題31
2.2.2 邊界條件與邊值問題32
2.2.3 初邊值問題35
2.3 微分方程解析原理36
2.3.1 常微分方程的通解和特解36
2.3.2 微分算子和偏微分方程的解36
2.3.3 疊加原理37
習題39
第3章 場論初步40
3.1 向量代數(shù)和向量分析40
3.1.1 數(shù)量與向量40
3.1.2 向量的運算41
3.1.3 向量函數(shù)的微分44
3.1.4 向量函數(shù)的積分47
3.2 數(shù)量場53
3.2.1 等值面53
3.2.2 方向?qū)?shù)54
3.2.3 梯度54
3.2.4 梯度的運算性質(zhì)56
3.3 向量場56
3.3.1 向量線57
3.3.2 通量和散度57
3.3.3 環(huán)量和旋度61
3.3.4 場函數(shù)導數(shù)與梯度、散度和旋度的關(guān)系64
3.4 不同坐標系的梯度、散度和旋度66
3.4.1 坐標變換66
3.4.2 柱坐標系67
3.4.3 球坐標系69
3.5 化工中特殊向量場及應(yīng)用70
3.5.1 保守場70
3.5.2 管形場72
3.5.3 調(diào)和場73
3.5.4 流體力學方程74
習題76
第4章 復(fù)變函數(shù)77
4.1 復(fù)數(shù)與復(fù)變函數(shù)77
4.1.1 復(fù)數(shù)的概念及幾何表示77
4.1.2 復(fù)數(shù)的運算80
4.1.3 復(fù)變函數(shù)81
4.1.4 復(fù)變函數(shù)的極限和連續(xù)性85
4.2 解析函數(shù)86
4.2.1 復(fù)變函數(shù)的導數(shù)87
4.2.2 解析函數(shù)的概念88
4.2.3 初等函數(shù)89
4.3 復(fù)變函數(shù)的積分94
4.3.1 積分定義及性質(zhì)95
4.3.2 柯西定理97
4.3.3 柯西積分公式99
4.3.4 解析函數(shù)的高階導數(shù)100
4.4 復(fù)變級數(shù)102
4.4.1 復(fù)數(shù)項級數(shù)102
4.4.2 冪級數(shù)103
4.4.3 泰勒級數(shù)105
4.4.4 羅朗級數(shù)107
4.5 留數(shù)理論及其應(yīng)用110
4.5.1 孤立奇點110
4.5.2 留數(shù)及其計算114
4.5.3 應(yīng)用留數(shù)計算定積分117
4.5.4 輻角原理及其應(yīng)用120
習題122
第5章 積分變換125
5.1 傅里葉變換125
5.1.1 傅里葉積分125
5.1.2 傅里葉變換128
5.1.3 傅里葉變換的基本性質(zhì)135
5.1.4 卷積與相關(guān)函數(shù)136
5.2 離散與快速傅里葉變換139
5.2.1 離散傅里葉變換139
5.2.2 離散傅里葉變換的性質(zhì)140
5.2.3 快速傅里葉變換算法141
5.3 拉普拉斯變換142
5.3.1 拉普拉斯變換的定義143
5.3.2 拉普拉斯變換的性質(zhì)146
5.3.3 初值和終值定理149
5.4 拉普拉斯逆變換150
5.4.1 拉普拉斯逆變換的定義150
5.4.2 逆變換的求法151
5.4.3 卷積定理153
5.5 積分變換的應(yīng)用155
5.5.1 微分方程的傅氏變換解法155
5.5.2 微分方程的拉氏變換解法156
5.5.3 線性系統(tǒng)中的應(yīng)用158
習題160
第6章 常微分方程162
6.1 一階微分方程162
6.1.1 分離變量法162
6.1.2 非齊次常數(shù)變易法165
6.1.3 恰當方程與積分因子168
6.1.4 隱導數(shù)微分方程參數(shù)解法171
6.2 高階微分方程174
6.2.1 可積方程174
6.2.2 可降階方程177
6.2.3 常系數(shù)線性方程180
6.2.4 變系數(shù)線性方程184
6.3 解析逼近解法188
6.3.1 簡單冪級數(shù)解法188
6.3.2 勒讓德方程解法190
6.3.3 貝賽爾方程解法191
6.3.4 小參數(shù)解法192
6.4 初邊值定解問題193
6.4.1 拉氏變換解初值問題193
6.4.2 化邊值問題為初值問題194
6.4.3 常微分方程邊值問題196
6.4.4 拉氏變換解邊值問題197
習題200
第7章 常微分方程組201
7.1 常系數(shù)齊次微分方程組202
7.1.1 A 矩陣有單值實數(shù)特征根202
7.1.2 A 矩陣有單值復(fù)數(shù)特征根203
7.1.3 A 矩陣有多重特征根205
7.1.4 二階微分方程組206
7.2 常系數(shù)非齊次微分方程組208
7.2.1 向量變易法208
7.2.2 線性變換法209
7.2.3 待定系數(shù)法210
7.3 非線性微分方程組211
7.3.1 消元法211
7.3.2 首次積分法212
7.3.3 Hesse代換法214
7.4 常微分方程組初邊值問題217
7.4.1 初值問題217
7.4.2 邊值問題223
7.4.3 非齊次邊初值問題轉(zhuǎn)換226
7.4.4 雙膜傳質(zhì)模型229
習題232
第8章 偏微分方程Ⅰ234
8.1 偏微分方程的基本理論234
8.1.1 偏微分方程的概念234
8.1.2 疊加原理236
8.1.3 齊次化原理237
8.1.4 定解問題的適定性239
8.2 一階偏微分方程初等解法240
8.2.1 通解積分241
8.2.2 定解問題242
8.3 特征線法245
8.3.1 一階線性偏微分方程245
8.3.2 一階擬線性方程248
8.3.3 一維波動方程的初值問題251
8.4 格林函數(shù)法254
8.4.1 線性偏微分方程的基本解254
8.4.2 波動方程初值問題256
8.4.3 熱傳導方程初值問題257
8.4.4 傳質(zhì)擴散方程初值問題257
8.5 相似分析法258
8.5.1 熱傳導方程定解問題259
8.5.2 點源強爆炸問題259
8.6 變分原理與變分法261
8.6.1 古典變分問題261
8.6.2 泛函變分原理263
8.6.3 歐拉方程解析法264
8.6.4 變分問題直接法272
習題276
第9章 偏微分方程Ⅱ279
9.1 分離變量法279
9.1.1 熱傳導定解問題279
9.1.2 波動方程定解問題285
9.1.3 Sturm-Liouville問題288
9.1.4 非齊次邊界條件的處理291
9.1.5 高維及高階方程的定解問題295
9.2 積分變換法297
9.2.1 熱傳導問題298
9.2.2 停留時間分布問題301
9.2.3 相際傳質(zhì)問題305
9.3 貝賽爾函數(shù)法310
9.3.1 Bessel函數(shù)的定義310
9.3.2 Bessel函數(shù)的性質(zhì)315
9.3.3 函數(shù)的Bessel級數(shù)展開317
9.3.4 Bessel函數(shù)的應(yīng)用320
9.4 勒讓德函數(shù)法323
9.4.1 Legendre函數(shù)的定義324
9.4.2 Legendre函數(shù)的性質(zhì)329
9.4.3 Legendre函數(shù)的應(yīng)用331
習題333
第10章 偏微分方程組336
10.1 非穩(wěn)態(tài)雙膜相際傳質(zhì)過程336
10.1.1 相際傳質(zhì)數(shù)學模型336
10.1.2 數(shù)學模型求解337
10.1.3 相際傳質(zhì)過程分析340
10.2 伴隨化學反應(yīng)的相際傳質(zhì)過程341
10.2.1 數(shù)學模型341
10.2.2 模型求解342
10.2.3 傳質(zhì)速率分析346
10.3 填充塔RTD模型348
10.3.1 數(shù)學模型348
10.3.2 模型求解350
10.3.3 計算模擬351
10.4 循環(huán)反應(yīng)器RTD模型353
10.4.1 數(shù)學模型353
10.4.2 模型求解354
10.4.3 計算模擬356
習題357
第11章 化工過程數(shù)學建模案例分析358
1.1 固定床軸向傳熱的溫度分布358
11.1.1 固定床軸向傳熱數(shù)學模型358
11.1.2 數(shù)學模型求解360
11.1.3 固定床軸向傳熱分析361
11.2 包膜控釋化肥釋放過程362
11.2.1 包膜控釋化肥釋放過程數(shù)學模型362
11.2.2 模型求解362
11.2.3 包膜控釋化肥釋放過程分析364
11.3 噴霧塔連續(xù)水解過程364
11.3.1 噴霧塔連續(xù)水解數(shù)學模型364
11.3.2 模型求解365
11.3.3 噴霧塔連續(xù)水解過程分析366
11.4 二甲苯異構(gòu)化動力學求解367
11.4.1 二甲苯異構(gòu)化動力學數(shù)學模型367
11.4.2 模型求解368
11.4.3 二甲苯異構(gòu)化動力學求解分析369
11.5 乙炔加氫反應(yīng)器模擬370
11.5.1 乙炔加氫反應(yīng)器數(shù)學模型370
11.5.2 模型求解371
11.5.3 乙炔加氫反應(yīng)器模擬分析373
附錄375
附錄A 傅里葉積分變換表375
附錄B 拉普拉斯積分變換表379
附錄C 三角函數(shù)和雙曲函數(shù)公式382
附錄D 誤差函數(shù)383
附錄E 參數(shù)估值程序框圖384
習題參考答案386
參考文獻396
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