Математичні методи моделювання та оптимізації в хімії
Тип: На вибір студента
Кафедра: фізичної та колоїдної хімії
Навчальний план
Семестр | Кредити | Звітність |
8 | 3 | Залік |
Лекції
Семестр | К-сть годин | Лектор | Група(и) |
8 | 26 | доцент Дутка В. С. | ХМХ-41с, ХМХ-42с |
Лабораторні
Семестр | К-сть годин | Група | Викладач(і) |
8 | 26 | ХМХ-41с | доцент Дутка В. С. |
ХМХ-42с | доцент Дутка В. С. |
Опис курсу
Математичні методи моделювання широко застосовуються під час дослідження складних систем у хімії та хімічній технології. На основі цих методів розроблені алгоритми для вивчення механізмів та внутрішньої структури досліджуваних об’єктів. Перспективним є також застосування цих методів при оптимізації хімічних і хіміко-технологічних процесів, які характеризуються надзвичайною складністю, оскільки хімічна взаємодія може відбуватися у багатофакторних умовах у супроводі електростатичних, гідродинамічних, теплообмінних, масообмінних та інших впливів. Тому в даному курсі значна увага приділяється розгляду детермінованих моделей. які застосовують у випадку порівняно простих системи, що є досить ґрунтовно дослідженими і їх можна описати відповідними залежностями, що випливають з фізико-хімічних закономірностей.
У пропонованих лекціях наведені визначення основних статистичних характеристик, а саме: математичного сподівання, дисперсії та функції розподілу випадкових величин, на яких базується побудова статистичних моделей; розглянуто застосування методу найменших квадратів для побудови як лінійних однофакторних, так і нелінійних багатофакторних, тобто реґресійних моделей. Показано, що особливо зручним, зокрема у випадку багатофакторного моделювання, є застосування матричного методу дослідження. З уваги на це, одержуючи багатофакторні моделі та проводячи їх статистичний аналіз, слід використовувати коефіцієнти кореляції, коваріації, кореляційну, коваріаційну чи дисперсійну матриці та проведення обчислень за стандартними комп’ютерними програмами.
У випадку багатофакторних досліджень ефективним є використання активного планованого експерименту за допомогою чітко формалізованого методу факторного аналізу.
Поряд з висвітленням методів одержання статистичних моделей значна увага приділена їх практичному застосуванню для оптимізації досліджуваних процесів. Наведені методи оптимізації як статистичних, так і детермінованих моделей.
Для практичних робіт підібрані найхарактерніші приклади застосування методів математичного моделювання у хімічних та технологічних дослідженнях, які наочно ілюструють практичну сторону висвітленого матеріалу, що сприятиме його ґрунтовнішому засвоєнню студентами.
Результати навчання:
знати:
- загальні закономірності кінетики протікання хімічних процесів та їх представлення системою кінетичних диференціальних рівнянь;
- методи одержання детермінованих моделей та дослідження хімічних і хіміко-технологічних процесів;
- статистичні показники та критерії для аналізу хімічних процесів;
- класифікацію і методи одержання статистичних моделей процесів;
- використання моделей для дослідження та оптимізації процесів;
- використання рядів Фур’’є для апроксимації та прогнозування часових рядів;
вміти:
- на основі наведеної схеми хімічної реакції складати систему кінетичних диференціальних рівнянь та одержувати її розв»язок з допомогою різницевих рівнянь;
- здійснити вибір вхідних та вихідних параметрів для побудови статистичних моделей;
- оджувати моделі методами кореляційного, регресійного та факторного аналізу;
- здійснювати статистичну перевірку одержаних моделей результатам експериментальних вимірів;
- використовувати метод планованого експерименту в хімічних дослідженнях,визначати;
- проводити оптимізацію процесів аналітичними та градієнтними методами;
- одержувати динамічні моделі та застосовувати їх для прогнозування часових рядів.