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高綱1199江蘇省高等教化自學考試大綱02487傳遞與分別南京工業(yè)大學編江蘇省高等教化自學考試委員會辦公室一,課程的性質(zhì)及其設置目的與要求(一)本課程性質(zhì)和設置目的“傳遞與分別”是化學工程分支學科之一。它包含化工傳遞過程基礎和化工分別過程兩部分內(nèi)容,著重闡述動量,能量,質(zhì)量的傳遞實質(zhì)和規(guī)律,探討化工過程中的強度量分布和傳遞通量。闡述了常用的分別過程的基本理論,過程特點,建立了數(shù)學模型及其求解方法,探討了分別設備的處理實力和效率。本課程是化工過程探討,設計和開發(fā)的理論基礎,是化學工程專業(yè)基礎課,是化學工程與工藝專業(yè)學生的必修課程。通過本門課程的學習將達到如下兩個基本目的。第一,深化了解和駕馭傳遞過程和傳質(zhì)分別過程的現(xiàn)象,機理和數(shù)學模型。第二,初步具備能運用所學的傳遞及分別理淪知識對化學工程的生產(chǎn),試驗,探討進行分析的基本實力,對常見的傳離與分別設備進行有關的設計計算,為從事化工類專業(yè)實際工作奠定必要的理論基礎。(二)本課程的基本要求通過本門課程的學習,對“化工傳遞過程”要求能駕馭:粘性流體的動基傳遞,熱量傳遞和質(zhì)量傳遞(以下簡稱三傳)的微分衡算方程;依據(jù)給定的邊界條件對方程進行簡化,求解,并對所求結果的實際運用進行分析探討。對“化工分別過程”要求駕馭:常用分別過程的基本原理,過程特點,數(shù)學模型及求解方法;了解多組分多級分別過程的分析;著重駕馭簡捷計算方法;了解新型分別技術。通過自學,切實駕馭有關的基本概念,基本原理,基本求解方法以及基本計算方法。(三)本課程與相關課程的聯(lián)系本課程是將大學的“化工傳遞過程”和“化工分別過程”兩門課程合二為一。因此本課程以“高等數(shù)學",“大學物理”,“物理化學”,“化工原理”,“化工熱力學”等為先修課程。這些課程可以扶植我們更好地駕馭傳遞與分別的基本原理,基本方程,基本知識。二,課程內(nèi)容與考核目標第一篇化工傳遞過程第一章傳遞過程概論(一)課程內(nèi)容本章簡要的介紹了傳遞的一些共性問題過程,包括:流體流淌導論;動量,熱量與質(zhì)量傳遞的類似性;傳遞過程的衡算方法。(二)學習要求了解本門課程中描述流體流淌的一些術語及定義,流體平衡微分方程和靜力學方程,傳遞過程的探討對象。分子傳遞和渦流傳遞的基本定律和通量基本表達式。微分衡算方法。本章對總衡算不做要求。(三)考核知識點和考核要求1,領悟:本章中有關傳遞過程常用的術語。2,駕馭:分子傳遞唯象律表達式和渦流傳遞唯象律表達式及各項物理意義。3,嫻熟駕馭:傳遞通量的表達式。第二章動量傳遞概論與動量傳遞微分方程(一)課程內(nèi)容本章簡要介紹了動量傳遞概論,隨體導數(shù),連續(xù)性方程,運動方程。(二)學習要求通過本章學習,要求深刻理解并駕馭:①動量的分子傳遞與渦流傳遞方程和傳遞系數(shù),②隨體導數(shù)與偏導數(shù),全導數(shù)的區(qū)分,③連續(xù)性方程的建立,連續(xù)性方程的分析和簡化,柱坐標和球坐標系下的連續(xù)性方程形式,④用速度表示的運動方程—奈維-斯托克斯方程和柱,球坐標系下的奈維-斯托克斯方程。(三)考核知識點和考核要求1,領悟:動量分子傳遞與渦流傳遞方程的物理意義,連續(xù)性方程和運動方程推導和運用場合。2,駕馭:連續(xù)性方程和運動方程的表達式和方程表達式各項的物理含義;隨體導數(shù)概念。3,嫻熟駕馭:直角坐標,柱坐標,球坐標下的連續(xù)性方程和運動方程的分析,簡化,運用。第三章動量傳遞方程的若干解(一)課程內(nèi)容本章介紹了與動量傳遞親密相關的摩擦系數(shù)定義,介紹了動量傳遞方程的詳細2個運用例子:沿平板穩(wěn)態(tài)層流和圓直管內(nèi)穩(wěn)態(tài)層流的解例。(二)學習要求通過本章學習,要求駕馭動量傳遞方程在直角和柱坐標下的表達式。爬流,勢流,平面流知識點做一般了解。(三)考核知識點和考核要求1,領悟:不同摩擦系數(shù)定義和含義,動量傳遞方程的簡化。2,駕馭:學會對詳細問題的簡化分析求解,理解和駕馭例3-2至例3-7。3,嫻熟駕馭:動量傳遞方程的簡化和速度分布和應力分布的計算。第四章邊界層流淌(一)課程內(nèi)容本章介紹了邊界層概念(邊界層理論要點,邊界層的形成過程,邊界層厚度定義);普朗特邊界層方程;邊界層積分動量方程;邊界層分別概念;管道進口段的流體流淌。(二)學習要求通過本章學習,要求駕馭邊界層形成,發(fā)展,分別等概念;駕馭邊界層積分動量方程的推導過程和方程近似解的運用。普朗特邊界層方程及其精確解做一般了解。(三)考核知識點和考核要求1,領悟:邊界層理論,邊界層的形成,邊界層分別,邊界層厚度等概念,看懂圖4-1,圖4-2;了解管道進口段的流體流淌特點看懂圖4-5。2,駕馭:邊界層積分動量方程的推導過程和方程近似解的運用,理解和駕馭例4-4至例4-5。3,嫻熟駕馭:速度邊界層概念,邊界層積分動量方程近似解的詳細(邊界層厚度,速度分布,阻力)運用。第五章湍流(一)課程內(nèi)容本章介紹了湍流概念(湍流特點,起因,表征),湍流時的運動方程,普朗特混合長理論,圓管中的湍流,平板湍流近似解。(二)學習要求通過本章學習,要求駕馭湍流特點及表征,沿平板流淌時湍流邊界層,通用速度方程。本章對湍流時的運動方程推導,湍流的半閱歷理論,無界固體湍流,量綱分析做一般了解。(三)考核知識點和考核要求1,領悟:湍流的特點,起因(看懂圖5-2,圖5-3,圖5-4)及表征(看懂圖5-5,例5-1);瞬時量,脈動量和時均量;混合長及動量渦團傳遞理論。2,駕馭:沿平板湍流流淌時邊界層方程,通用速度方程,理解和駕馭例5-2,例5-4。3,嫻熟駕馭:通用速度方程解的詳細運用,沿平板湍流流淌時邊界層方程解的詳細運用。第六章熱量傳遞概論與能量方程(一)課程內(nèi)容本章介紹了熱量傳遞的基本方式,能量微分方程的建立,柱,球坐標系下能量微分方程形式。(二)學習要求通過本章學習,要求駕馭傳熱的三種方式及機理,能量方程。(三)考核知識點和考核要求1,領悟:傳熱的三種方式。2,駕馭:不同坐標系下的能量方程表達式,依據(jù)已知條件對能量方程進行簡化。理解和駕馭例6-1,例6-2。第七章熱傳導(一)課程內(nèi)容本章介紹了熱傳導的基本微分方程,穩(wěn)態(tài)熱傳導,非穩(wěn)態(tài)熱傳導,速算圖及多維熱傳導(Newmare法則)。(二)學習要求通過本章學習,要求駕馭一維穩(wěn)態(tài)熱傳導,不穩(wěn)態(tài)熱傳導,速算圖及多維熱傳導(Newmare法則)。本章對二維穩(wěn)態(tài)熱傳導,一維不穩(wěn)態(tài)導熱的數(shù)值解做一般了解。(三)考核知識點和考核要求1,領悟:畢渦特數(shù)Bi(BiotNumber)的定義及物理意義;三類邊界條件的分類,識別,相互轉換關系;各坐標系下的速算圖的運用及圖中各個參數(shù)的含義。2,駕馭:溫度隨時間,地點的分布規(guī)律:求出熱量通量(單位面積所傳遞的熱量,J/m2.s)和傳熱速率(J/S),學會圖7-8,圖7-9,圖7-10的運用,理解和駕馭例7-1,例7-2,例7-3,例7-4,例7-5,例7-7,例7-8,例7-9,例7-10,例7-12,例7-13。3,嫻熟駕馭:集總熱容法的判別和正確運用;無限大物體不穩(wěn)態(tài)導熱的計算;大平板的不穩(wěn)態(tài)導熱要求會用速算圖求解。第八章對流傳熱(一)課程內(nèi)容本章以前面的運動方程,連續(xù)性方程和能量方程為基礎,說明對流傳熱的機理,探討對流傳熱的基本規(guī)律,并重點探討對流傳熱系數(shù)的計算。(二)學習要求通過本章學習了解對流傳熱在工程技術中的重要地位。駕馭對流傳熱機理,對流傳熱系數(shù)定義,邊界層能量方程,管內(nèi)湍流傳熱的類似律。本章對管內(nèi)層流傳熱的理論分析,層流傳熱精確解,量綱分析和自然對流做一般了解。(三)考核知識點和考核要求1,領悟:溫度邊界層概念,看懂圖8-1,圖8-2,圖8-3,圖8-4,圖8-6,領悟傳遞類似率的含義(尤其是對柯爾本類似率),混合邊界層概念。2,駕馭:對流傳熱系數(shù)和傳熱速率的計算,理解和駕馭例8-2,例8-3,例8-8。3,嫻熟駕馭:平板壁面上湍流的近似解。第九章質(zhì)量傳遞概論與傳質(zhì)微分方程(一)課程內(nèi)容本章介紹了質(zhì)量傳遞的基本方式,傳質(zhì)的速度與通量以及傳質(zhì)微分方程等問題。(二)學習要求通過本章學習,要求駕馭質(zhì)量傳遞的基本概念;質(zhì)量傳遞的微分方程。(三)考核知識點和考核要求1,領悟:分子擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)的概念與機理,濃度,速度與通量的定義,質(zhì)量傳遞微分方程的建立2,駕馭:質(zhì)量基準,摩爾基準兩種基準下的濃度,速度,通量的表達式;同種基準和不同基準下濃度,速度和通量的相互轉換關系;雙組分混合物擴散傳質(zhì)時,總通量,擴散通量,組元傳質(zhì)量的表達式;各項對流傳質(zhì)貢獻;通量之間的關系,通量與對應速度的關系,不同基準之間的轉換方法。第十章分子傳質(zhì)(一)課程內(nèi)容本章介紹了在不流淌的流體介質(zhì)中或固體中由于分子擴散引起的質(zhì)量傳遞問題。分子擴散按擴散介質(zhì)分為氣體中的擴散,液體中的擴散及固體中的擴散,重點探討氣體中的穩(wěn)態(tài)擴散。(二)學習要求通過本章學習,要求學會氣,液,固體分子擴散系數(shù)計算方法;濃度分布和通量的計算。對流傳質(zhì)系數(shù)關聯(lián)式。(三)考核知識點和考核要求1,領悟:氣體,液體,固體分子擴散系數(shù)計算方法,測定方法以及各自與溫度,壓力,體系和濃度的關系。2,駕馭:氣體,液體,固體分子擴散機理,濃度分布和通量的計算,理解和駕馭例10-1,例10-2,例10-3,例10-4,例10-5,例10-6,例10-7,例10-8,例10-8,例10-9,例10-10。3,嫻熟駕馭:氣體分子擴散機理;組分A通過靜止組分B的穩(wěn)態(tài)擴散傳質(zhì)(NB=0));等摩爾反向穩(wěn)態(tài)擴散傳質(zhì)(NA=NB);伴有化學反應的分子擴散過程。第十一章對流傳質(zhì)(一)課程內(nèi)容本章介紹了對流傳質(zhì)所涉及的流體與界面之間的物質(zhì)傳遞問題。涉及濃度邊界層的概念與溫度,速度邊界層的區(qū)分;對流傳質(zhì)系數(shù)定義;沿平板層流傳質(zhì)的精確解和近似解;沿圓管層流傳質(zhì)的精確解和近似解;湍流傳質(zhì)的類比解沿平板湍流傳質(zhì)的近似解;相際傳質(zhì)理論。(二)學習要求通過本章學習,要求駕馭對流傳質(zhì)機理及對流傳質(zhì)系數(shù)定義式;濃度邊界層;平板對流傳質(zhì)的近似解,駕馭對流傳質(zhì)模型(包括停滯膜模型,溶質(zhì)滲透模型,表面更新模型)機理和計算公式。有壁面速度影響的傳質(zhì)不作要求。(三)考核知識點和考核要求1,領悟:對流傳質(zhì)機理,濃度邊界層,對流傳質(zhì)模型,湍流下的質(zhì)量傳遞類比解。2,駕馭:平板對流傳質(zhì)的近似解的求解和相際傳質(zhì)理論的概念,物理意義與模型的計算。模型指:雙膜模型,溶質(zhì)滲透模型和表面更新模型,理解和駕馭圖11-1,圖11-2,圖11-5,圖11-7,例11-1,例11-2,例11-3,例11-4,例11-5,例11-7,例11-8,例11-9。3,嫻熟駕馭:平板對流傳質(zhì)的近似解和雙膜模型,滲透模型,表面更新模型。第二篇化工分別過程第一章緒論(一)課程內(nèi)容介紹分別工程在化工生產(chǎn)中的重要性;傳質(zhì)分別過程的分類和特征;分別過程的的任務與內(nèi)容。(二)學習要求了解分別過程的兩大類:機械分別和傳質(zhì)分別。(三)考核知識點和考核要求1,領悟:化工分別是在前述課程基礎上探討化工生產(chǎn)實際中困難物系的分別和提純技術。它將從分別過程的共性動身,探討各種分別方法的特征。2,駕馭:平衡分別過程的分別單元操作分類和特征和速率分別過程的分別單元操作分類和特征(表1-1)。第二章單級平衡過程(一)課程內(nèi)容本章著重闡述分別傳質(zhì)基礎—相平衡。相平衡是用于闡述混合物分別原理,傳質(zhì)推動力和進行設計計算的依據(jù)和關鍵。結合化工熱力學,回顧,熟識有關與相平衡相關的基本概念及術語;泡點,露點及閃蒸的概念;志向與非志向溶液定義及表達,志向與非志向氣體定義及表達。介紹相平衡關系和相平衡常數(shù)的常用計算方法;多組分物系的泡點和露點計算;閃蒸過程的計算。(二)學習要求通過本章學習要求在駕馭:汽液平衡和溶液平衡條件;相平衡常數(shù)的計算;多組分的泡點溫度,壓力和露點溫度和壓力的計算;閃蒸過程的計算。多組分平衡常數(shù)計算,絕熱閃蒸做一般要求,程序設計不做要求。(三)考核知識點和考核要求1,領悟:平衡條件,相平衡常數(shù),逸度及逸度系數(shù),活度及活度系數(shù),泡點,露點,閃蒸等的概念。2,駕馭:狀態(tài)方程求取相平衡常數(shù),活度系數(shù)法求取相平衡常數(shù)及其各種簡化形式。理解和駕馭,例2-1,例22-2,例2-3,例2-4,例2-5,例2-8,例2-9。3,嫻熟駕馭:相平衡常數(shù)的計算;泡點,露點的溫度和壓力計算;閃蒸計算。第三章多組分多級分別過程分析與簡捷計算(一)課程內(nèi)容在化工生產(chǎn)實際中,遇到更多的是含有多組分或困難物系的分別和提純問題,而不是化工原理中所涉及的雙組分或單組分體系,這就增加了過程的困難性。因此本章的學習將有助于對各種實際分別過程的深化理解,是本篇不可少的基礎知識。本章設計設計變量,多組分精餾過程的分析,萃取精餾和共沸精餾等特別精餾的分析,物理汲取和化學汲取的分析,萃取分別過程的分析。(二)學習要求通過本章學習要求駕馭多組分精餾過程分析,包括:塔內(nèi)流量分布,濃度分布和溫度分布;萃取精餾過程原理分析,包括:塔內(nèi)流量分布,溶劑濃度分布;共沸精餾過程原理分析,包括:塔內(nèi)組分分析,溫度分析;多組分汲取和蒸出過程分析,包括:塔內(nèi)組分分布,溫度分布。(三)考核知識點和考核要求1,領悟:對于多組分級分別過程的定性分析的了解,有助于對各種分別過程的理解,這也是設計和強化操作的所不可少的基礎知識,為此要求駕馭:基本概念。在回顧復習化工原理的基礎上,進一步駕馭設計變量,固定設計變量,可調(diào)設計變量;關鍵組分,非重(輕)關鍵組分,最小回流比,最小理論板數(shù),共沸物,共沸精餾,萃取劑,萃取精餾,正偏差,負偏差,均相,非均相,化學汲取類型,增加因子等。2,駕馭:簡單的單元設計變量和裝置設計變量計算;簡捷計算法,簡捷計算常用于設計的初級階段,是對操作進行粗略分析的常用算法,本章要求駕馭的簡捷算法。用于多組分精餾設計的有:芬斯克(Fenske)法;恩德吾德(Underwood)法;吉利蘭(Gilliland)法用于共沸精餾的有:二元非均相共沸精餾的圖解法用于萃取精餾的有:萃取精餾的簡化計算法,集團法用于汲取的有:多組分汲取的汲取因子法通過以上簡捷算法,要求能夠進行塔內(nèi)的物料衡算,計算理論和實際塔板數(shù),回流比,進,出口氣,液量及組成的計算判別化學汲取的類型,識別四種反應類型的化學汲取的濃度分布圖。了解不同類型不同反應級數(shù)的增加因子表達式,化學汲取的塔設備計算。理解和駕馭,表3-1,例3-1,例3-2,例3-3,例3-4,例3-5.。3,嫻熟駕馭:設計變量,多組分精餾過程。第四章多組分多級分別的嚴格計算本章不做考核要求。第五章分別設備的處理實力和效率(一)課程內(nèi)容本章內(nèi)容所涉及的是傳質(zhì)設備問題,重點探討影響氣液或溶液傳質(zhì)設備處理實力和效率的各種因素。確定效率的閱歷方法和機理模型,以及傳質(zhì)設備的選型問題。(二)學習要求通過學習駕馭氣液傳質(zhì)設備的處理實力和效率;氣液傳質(zhì)設備的選擇。萃取設備的處理實力和效率不做考核要求。(三)考核知識點和考核要求1,領悟:影響傳質(zhì)設備處理實力的各種因素;影響傳質(zhì)設備處理效率的各種因素;氣液傳質(zhì)設備效率的幾種表示方法;氣液傳質(zhì)設備效率的估算方法;傳質(zhì)設備的選型。2,駕馭:影響處理實力,效率的因素分析;各傳質(zhì)效率的物理意義與求算方法;傳質(zhì)設備的選擇原則。第六章分別過程的節(jié)能本章不做考核要求。第七章其它分別技術和分別過程的選擇(一)課程內(nèi)容隨著科學技術的不斷發(fā)展,對分別技術的要求越來越高,分別的難度也越來越大的過程。為了適應這些要求,除對常規(guī)分別手段加以改進和強化外,還不斷開發(fā)出新的分別方法和技術。本章介紹了一些重要的并日趨成熟的新分別技術。(二)考核知識點和考核要求1,領悟:膜分別的基本術語。如滲透通量,分別效率(截留率),通量衰減系數(shù),對除膜,非對稱膜,復合膜,濃差極化,膜污染等;膜分別過程的分類,推動力,傳質(zhì)機理,截留物,透過物;反滲透,超濾,微濾,電滲析,氣膜和液膜分別的傳質(zhì)基本機理;吸附分別原理;反應精餾原理。2,駕馭:膜分別技術,吸附分別技術,反應精餾技術。三,有關說明和實施要求(一)關于“課程內(nèi)容與考核目標”中有關提法的說明在大綱中的考核要求中,提出“領悟”,“嫻熟”,“嫻熟駕馭”等三個層次的要求,它們的含義是:1,領悟:要求應考者駕馭有關的知識點的主要內(nèi)容,并能夠理解規(guī)定的有關知識點的內(nèi)涵和外延,依據(jù)考核的不同要求,做出正確的說明,說明和闡述。2,駕馭:要求應考者駕馭有關的知識點,正確理解和記憶相關內(nèi)容的原理。3,嫻熟駕馭:要求應考者必需駕馭的課程中的核心內(nèi)容和重點知識。(二)自學教材與參考書教材1:陳濤,張國亮.《化工傳遞過程基礎》,北京:化學工業(yè)出版社(第三版),2009年參考書:①王運東,駱廣生,劉謙.《傳遞過程原理》,北京:清華大學出版社,2002年②沙慶云.《傳遞原理》,大連:大連理工大學出版社,2003年教材2:陳洪鈁,劉家祺.《化工分別過程》,北京:化學工業(yè)出版社,1995年參考書:賈紹義.《化工傳質(zhì)與分別過程》,北京:化學工業(yè)出版社,2001年(三)本課程的自學方法指導全面系統(tǒng)地學習教材內(nèi)容,留意駕馭傳遞過程和分別過程中基本概念,基本原理,基本方程和解題方法,留意在運用上下功夫。動量,熱量和質(zhì)量傳遞之間的相互關系,規(guī)律和各自的特點要留意歸納,做到舉一反三。留意傳質(zhì)分別過程的特性及傳質(zhì)分別操作的強化手段和分別設備的優(yōu)化計算。l,本門課程分為兩篇四部分內(nèi)容第一篇分為三部分(1)動量傳遞建立動量傳遞方程組,介紹方程組礁層流,湍流中的應用。其應用是指在特定的條件下求解:流體的速度分布,應力分布及流量計算。介紹邊界層概念和方程,湍流概念和方程。這部分內(nèi)容是學習傳遞過程的基礎,務必一開始就扎扎實實地加以駕馭。(2)熱量傳遞在這部分內(nèi)容中首先建立了熱量傳遞方程組,接著在穩(wěn)態(tài),非穩(wěn)態(tài)熱傳導和穩(wěn)態(tài)層流,湍流傳熱領域綻開探討。主要解決在定解條件下固體,流體內(nèi)的溫度分布,局部熱量通量和總熱流率。穩(wěn)態(tài)導熱中要駕馭一維導熱例子(直角坐標和柱坐標)。在非穩(wěn)態(tài)導熱中留意對畢渥特數(shù)(Bi)的判別,駕馭集總熱容法(Bi<0.1),和無限大物體導熱的高斯誤差函數(shù)法,其它狀況可采納圖解法計算。對沿板的精確解,近似解所導出的公式會正確運用,如利用公式求解溫度分布,邊界層層厚及熱流通量。類比解主要是用在湍流傳遞中,其思想是利用較易得到的摩擦阻力系數(shù)類推得出湍流傳熱系數(shù)和湍流傳質(zhì)系數(shù)或是用對流傳熱系數(shù)類推出對流傳質(zhì)系數(shù),類比解留意對J因數(shù)類似法的駕馭運用。(3)質(zhì)量傳遞在上述部分基礎上,進一步探討了與化工生產(chǎn)最為親密的質(zhì)量傳遞,它是傳遞與分別過程間的橋梁。在這部分中建立了組元的質(zhì)量傳遞方程,用于解決濃度分布問題,介紹了傳質(zhì)方式和原理,介紹了對流傳質(zhì)系數(shù)的定義和在層流,湍流下傳質(zhì)系數(shù)的求解公式。這部分內(nèi)容在方程的建立,求解思路和所用的數(shù)學解法與(1)(2)部分雷同,學習時可留意借鑒上述知識。學完這部分內(nèi)容后,留意全篇的融會貫穿,歸納整理。如每一部分開始都是建立各自的微分方程。三傳的層流解,湍流解,類比解,圖解等都可加以歸納。進行對比找出一些共性的規(guī)律。第二篇為獨立一部分(4)分別過程該部分在(1),(2),(3)部分基礎上,結合化工原理,化工熱力學知識,探討工業(yè)應用最廣泛的精餾,汲取和萃取操作,同時對已獲得工業(yè)應用目具有良好運用前景的膜分別技術等新型分別技術也做了簡單介紹,這部分著重強調(diào)對基本概念,過程的選擇,特性分析,設備計算的駕馭。從分別工程的共性動身,探討各種分別方法的特征。強調(diào)將工程和工藝相結合的觀點,以及設計和分析實力的訓練。本篇的重點章節(jié)是十三,十四章。2,學習時結合化工原理,物理化學和化工熱力學的知識,精確理解基本概念,定義。本課程所涉及的內(nèi)容面廣,概念多,所用數(shù)學手段多,部分內(nèi)容較為抽象造成自學有肯定的難度。

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