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第一章 概论1

第一节 化工设备的优化设计1

第二节 优化设计的概述4

一、优化设计4

二、优化设计的特点与一般过程4

三、化工设备优化设计的举例6

第二章 基础知识9

第一节 正定矩阵的判定及其性质9

一、矩阵运算的一些性质9

二、二次型的标准形11

三、正定矩阵及其判别法14

四、正定二元二次函数的性质16

第二节 函数的梯度19

一、方向导数19

二、梯度20

三、Hesse矩阵23

第三节 Taylor 展开式的矩阵形式24

第四节 凸集与凸函数26

一、集合的基本概念26

二、凸集27

三、凸函数判别法30

四、凸规划31

第五节 均匀颁随机数的生成32

一、乘同余法32

二、混合同余法33

第三章 优化设计的数学模型与设计评价34

第一节 优化设计的基本要素34

一、设计变量34

二、设计的约束35

三、目标函数36

第二节 优化设计的数学模型39

一、数学模型的建立39

二、建立数学模型的举例40

三、优化设计问题的最优解42

第三节 设计评价44

一、确定性问题的设计评价44

二、随机型和不完全资料问题的设计评价45

第四章 最优化问题的求解方法50

第一节 间接法50

一、无约束极值50

二、等式约束极值53

三、K-T条件——不等式的约束极值理论56

第二节 无约束最优化的直接搜索法63

一、迭代算法63

二、斐波那契法（Fibonacci法）66

三、黄金分割法（0.618法）73

四、抛物线插值法73

五、坐标轮换法77

六、模式搜索法80

七、共轭方向法86

八、单纯形法94

九、随机搜索法100

第三节 以梯度法为基础的多维无约束最优化的数值解法102

一、最速下降法（梯度法）102

二、共轭梯度法106

三、变尺度法115

第四节 有约束最优化数值解法121

一、外罚函数法122

二、内罚函数法126

三、SWIFT法129

四、复合形法131

五、可行方向法139

第五节 优化结果分析146

一、问题形式化的检验146

二、参数分析146

第五章 机械元件的优化设计148

第一节 一般机械的元件148

一、悬臂轴的忧化设计148

二、派压梯极轴承的优化设计150

第二节 U形波纹管膨胀节的工程优化设计154

第三节 密封件的优化设计160

第六章 压力容器的优化设计162

第一节 壳体最小表面积162

第二节 贮缺罐163

一、容器壳体的优化设计164

二、冷凝罐的优化设计166

第三节 化工单元设备中的壳体170

一、罗伯特型蒸发器的优化设计170

二、浮头型换热器外壳的优化设计175

第四节 化工容器176

一、轴对称压力容器的优化设计177

二、椭球壳体中心开孔补强的优化设计182

三、自增强高压容器的优化设计187

第七章 换热设备197

第一节 换热器197

一、概述197

二、套管换热器的优化设计200

三、列管换热器的优化设计207

四、板翅式换热器的优化设计220

第二节 传热元件的优化设计228

一、圆形翅片的优化设计229

二、分流管的优化设计234

第三节 换热器系列236

一、套管换热器系列优化设计236

二、管壳式列管换热器的优化选型241

第四节 制冷设备248

一、管式蒸发器的优化设计248

二、空气冷却器的优化设计250

三、带翅片管冷却器中空气流雷诺数的最佳选择252

第八章 其它设备256

第一节 齿轮泵的优化设计256

第二节 浮阀塔塔体刚度的优化设计259

第三节 多级液体旋流分离器的优化设计263

第四节 烟气加热器的优化设计267

第五节 罗伯特型蒸发器系列的优化设计272

附录Ⅰ 雷诺数大于1000时套管段的压力损失278

附录Ⅱ 非线性规划的几个计算机程序（Fortran）281

（Ⅰ）梯度法283

（Ⅱ）共轭梯度法287

（Ⅲ）变尺度法292

（Ⅳ）单纯形法298

（Ⅴ）SWIFT 法304