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物性估算原理及计算机计算（附光盘） - 董新法、方利国、陈砺

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出版日期:2006年4月
前言
化工生产、工程设计、科学研究和工艺技术的开发等都需要大量准确、可靠的物性数据。化工工程设计中常常要用三分之一的工时查找、筛选和估算物性数据；化工流程模拟软件中，物性数据的计算更是占据举足轻重的地位，可以说没有化工物性的计算，就没有化工模拟软件；化工物性数据是进行化工研究、生产、设计及开发的基石。因此作为化工类的本科生、研究生以及工程技术人员，学习和掌握化工物性数据的获取途径及其具体的计算方法是十分重要和实用的。

尽管目前国内外许多专家学者进行了大量的化工数据收集、整理、测试工作，并在此基础上开发了一定的应用软件，但这些软件常常和模拟软件捆绑在一起，很难单独抽提出物性查询系统。即使是专门开发的物性查询系统，一般都是执行文件，不知具体的计算过程及公式，较难用于研究者自编程序的开发或综合设计优化之用。还有一个问题是这些软件常常价格较贵，对于学生用于学习而言就难以承受。为此，编写一本以物性估算的原理及方法为线索，详细阐述物性估算的理论基础，并在此基础上介绍各种计算方法以及具体的编程计算，提供作者开发的源代码，用于读者后继研究开发之用，这在国内还是首次尝试。

本书共分九章。第1章绪论；第2章介绍物性数据与热力学关系；第3章介绍统计力学与流体的平衡性质和传递性质；第4章介绍对应状态原理及其应用；第5章介绍分子结构与宏观性质；第6章介绍UNIFAC法估算非电解质汽液平衡液相活度系数；第7章介绍分子拓扑与物性；第8章介绍人工神经网络与物性；第9章介绍物性数据查询系统的开发。本书介绍的数据估算法力求准确、可靠，注重工程实用，突出其原理和具体方法，并提供各种源代码。

本书由董新法、方利国、陈砺编著。其中第3～6章由董新法编写，第1章、第7～9章由方利国编写，第2章由陈砺编写。全书由董新法统稿，光盘由方利国统编。钟烘昌、蔡兴华、李玲、周枚花等同学参加了本书的文本输入工作。华南理工大学的研究生院、传热强化与过程节能教育部重点实验室、化工与能源学院对教材的出版给予了大力支持，华南理工大学研究生院还将该书列入“华南理工大学研究生教材建设项目”。

本书在编写过程中，参考了大量的文献资料，在此特表示感谢。参考文献中如有遗漏之处，敬请谅解。本书虽经作者多年编写，并以讲义的形式在华南理工大学试用多年，但由于作者水平有限，错误在所难免，望同行及读者予以批评指正。

编者

2005年10月26日于广州物性估算原理及计算机计算（附光盘）目录
目录
第1章绪论1

11概述1

12物性估算的意义及方法3

13物性估算方法的基本要求4

14物性估算中的数学及计算机知识5

141物性估算中有关参数拟合的方法5

142物性估算中有关非线性方程求解18

143物性估算中有关线性代数知识22

15物性估算的发展趋势29

参考文献29

第2章热力学关系与物性30

21纯物质蒸气压的计算30

211Clapeyron方程30

212纯物质蒸气压方程31

213纯物质蒸气压估算实例35

22纯物质汽化热的计算37

221任意温度下汽化热的计算38

222正常沸点下汽化热的求算40

223汽化热随温度的变化42

224汽化热估算实例43

23偏心因子的求算44

24液体摩尔比热容的求算45

241液体的摩尔比热容45

242Watson热力学循环求液体摩尔比热容46

243Watson热力学循环求液体摩尔比热容实例49

25计算机编程计算示例50

参考文献53

第3章流体的平衡性质和传递性质54

31玻尔兹曼分布定律54

311名词简介54

312玻尔兹曼分布定律55

32热力学函数与配分函数56

321内能56

322熵57

323焓57

324自由能58

325自由焓58

326配分函数的析因子58

33运动形式对热力学函数的贡献59

331平动对热力学函数的贡献59

332振动对热力学函数的贡献60

333转动对热力学函数的贡献62

34统计力学法计算理想气体平衡性质63

341双原子分子63

342多原子分子64

343统计力学法计算理想气体平衡性质实例64

35气体分子运动的平均速度和自由程66

351气体分子运动的速度分布66

352气体分子运动的平均速度66

353气体分子运动的平均自由程67

36气体的传递性质67

361黏度67

362热导率71

363扩散系数74

364气体传递性质估算实例77

37液体的传递性质81

371液体黏度的估算81

372液体热导率的估算89

373液体扩散系数的估算90

374液体传递性质估算实例93

38计算机编程实例96

参考文献100

第4章对应状态原理及其应用101

41分子间的位能101

411分子间的吸引能101

412分子间的排斥能103

413位能函数103

42正则系综和正则配分函数104

43实际气体及其统计处理105

431实际气体的正则配分函数105

432构型积分及其简化处理法108

433用于几种分子模型的结果110

44对应状态原理113

45纯物质蒸气压和汽化热115

451对应状态法计算蒸气压115

452对应状态法计算汽化热116

453对应状态法计算蒸气压和汽化热实例118

46饱和液体密度和液体比热容的估算120

461饱和液体密度的估算120

462液体比热容的估算121

463对应状态法计算饱和液体密度和液体比热容实例123

47流体黏度的估算125

471气体黏度的估算125

472液体黏度的估算131

473流体黏度的估算实例131

48编程计算135

参考文献138

第5章基团贡献法及其应用140

51分子性质的加和性140

511分子中的键长与键角140

512分子内原子的作用距离142

513结构单元的选择与加和性规则的近似程度143

52基团贡献法144

521基团的划分144

522分子性质与基团元贡献值的关联145

523基团贡献法中的修正项146

53基团贡献法估算纯组分的基本性质151

531纯物质临界性质估算151

532纯物质正常沸点的估算158

533纯物质熔点的估算159

534基团贡献法估算纯组分的基本性质实例159

54基团法计算纯物质的蒸气压和汽化热161

541纯物质的蒸气压的估算161

542纯物质的汽化热的估算166

543基团法计算纯物质的蒸气压和汽化热实例169

55基团贡献法估算理想气体的标准生成热、标准熵和比热容171

551Benson法172

552ABWY法估算ΔHf298、S298和Cp180

553ThinhDuranBamalho法187

554键贡献法188

555CG法189

556VermaDoraiswany法和Franklin法191

557RihaniDoraiswamy法193

558Joback法195

559Souders法196

5510基团贡献法估算理想气体的标准生成热、标准熵和比热容实例198

56基团贡献法估算饱和液体密度和液体比热容201

561基团贡献法估算饱和液体密度201

562基团贡献法估算液体比热容205

563基团贡献法估算饱和液体密度和液体比热容实例211

57基团贡献法估算流体的传递性质214

571基团贡献法估算低压气体黏度214

572基团贡献法估算气体的热导率215

573基团贡献法估算计算液体的黏度215

574液体热导率的计算221

575基团贡献法估算流体的传递性质实例223

58基团贡献法估算表面张力228

581MacleodSugden法228

582CSGC法230

583基团贡献法估算表面张力实例234

59基团贡献法计算机编程示例236

参考文献237

第6章UNIFAC法的理论基础及其应用239

61似晶格模型溶液理论及其对无热溶液的处理239

611液体的似晶格模型239

612无热溶液239

613无热溶液的混合自由焓和过剩自由焓245

62UNIQUAC方程式246

63UNIFAC法估算活度系数249

64UNIFAC法估算活度系数实例及计算机程序258

参考文献263

第7章分子拓扑与物性264

71分子拓扑与拓扑指数264

72饱和链烃类化合物的距离矩阵265

73几种拓扑指数与物性的关联265

731拓扑指数Yx与物性的关联265

732拓扑指数F与物性的关联269

733拓扑指数Am1、Am2和Am3与物性的关联271

734拓扑指数3ξ275

参考文献277

第8章人工神经网络在物性估算中的应用279

81神经网络理论的发展及沿革279

811生物神经网络和人工神经网络279

812人工神经网络的发展历史280

813人工神经网络物性估算中的应用及未来发展趋势281

82神经网络的基本原理282

821神经元的基本生物特性282

822神经元的基本数学表达283

823神经网络的基本结构类型及学习规则284

824神经网络解决物性估算问题的基本策略285

83几种典型的人工神经网络的基本原理及应用策略286

831BP网络286

832Hopfield神经网络295

84神经网络物性估算应用策略及应用实例299

841应用策略299

842常压沸点下蒸发潜热计算300

843常压沸点计算及临界压缩因子的计算308

844人工神经网络的优越性及存在的问题310

参考文献311

第9章化工物性数据库系统软件开发312

91化工物性数据库软件开发的目的及意义312

911数据库知识简介312

912化工物性数据库开发目的及意义313

913化工物性数据库发展趋势313

92化工物性数据库软件开发方案的确定314

921软件需求及服务对象分析314

922软件所需资源分析315

923软件开发平台确定315

924软件功能及逻辑结构确定315

93化工物性数据库软件具体功能代码编写316

931数据库的建立及连接316

932数据绑定及窗体开发321

933常规数据查询324

934数据计算、记录及打印329

94软件的维护及进一步改进337

参考文献337 本书可作为研究生和高年级本科物性估算及原理教材，也可作为从事化工、轻工、材料和冶金等专业的科研和工程技术人员参考。物性估算原理及计算机计算（附光盘）内容介绍:
本书回顾了物性估算的研究历史，系统阐述了流体物性估算的方法和原理，详细介绍了热力学、统计力学、对应状态原理、基团贡献法、分子拓扑和人工神经网络等在流体物性估算中的应用，讨论了这些估算方法实现计算机计算的可能性和方法，并提供了相关的应用程序。本书还就物性估算中用到的数学及计算机知识，以及化工物性数据库系统软件开发的基本方法进行了简要介绍。全书数据翔实，实例丰富，书写简练，注重实用，采用原理方法实例编程计算的编写风格，力图给读者呈现化工物性估算的一揽子解决方案。

本书附送光盘一张，光盘内容为本书的多媒体教材及所编制的所有程序，它既可以作为教师的计算机辅助教学课件，也可以作为读者自学及二次开发应用的工具，具有很强的实用性。

本书可作为研究生和高年级本科物性估算及原理教材，也可作为从事化工、轻工、材料和冶金等专业的科研和工程技术人员参考。
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