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