- 開講元
- 応用化学コース
- 担当教員名
- 吉川 史郎
- 授業形態
- 講義 (対面型)
- メディア利用科目
- 曜日・時限(講義室)
- 水3-4(S422) 金3-4(S422)
- クラス
- -
- 科目コード
- CAP.C441
- 単位数
- 2
- 開講年度
- 2022年度
- 開講クォーター
- 4Q
- シラバス更新日
- 2022年5月11日
- 講義資料更新日
- -
- 使用言語
- 英語
- アクセスランキング
-
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講義の概要とねらい
講義の概要：運動量移動現象を解析するために必要なベクトル解析，テンソル解析に関する知見を学びながら流体の変形について応力テンソルと変形速度テンソルの意味とそれらの関係を理解します。また学部レベルではスカラー量として理解していた物理量の流束をベクトル，テンソルとして理解することにより3次元場の移動現象の基礎方程式である物理量収支式の導出について学びます。
講義のねらい：以上で学んだことをもとにしてさまざまな流れ場の速度分布，機械的エネルギー収支，流れ関数と速度ポテンシャル，境界層理論による2次元流れの解析，機械的操作の各種装置の性能評価，移動現象の数値解析法を理解することがこの講義のねらいです。。
到達目標
化学装置による混合，分離を促進・制御したり装置を設計するためには装置内の流動場、ならびに流動と移動現象との関連を明確にしておく必要があります。本講義では学部授業で修得した単純な流動場の解析に関する基礎知識の上に実際の装置内の複雑な流動場についての深い知識を修得するとともに流動を伴う化学装置の性能を移動現象の観点から評価する方法を学ぶことを到達目標とします。
キーワード
ベクトル解析，運動量移動論，流動，速度分布，流体輸送，流れ関数，速度ポテンシャル，境界層理論
学生が身につける力(ディグリー・ポリシー)
| ✔ 専門力 | ✔ 教養力 | コミュニケーション力 | ✔ 展開力(探究力又は設定力) | ✔ 展開力(実践力又は解決力) |
授業の進め方
講義に対応する教科書の内容を要約したスライドのコピーを事前にT2SCHOLAシステムにより配布した上でスライドに沿って講義を進める。毎回その日の授業に沿った内容の演習を授業後に課す。
授業計画・課題
| 授業計画 | 課題 | |
|---|---|---|
| 第1回 | 移動現象における相似性，一般的な物理量の収支式及び連続の式 | 演習：微分演算の基礎，速度ベクトルの座標変換 |
| 第2回 | 熱，物質及び運動量移動の式，速度分布の導出の基礎 | 演習：様々な座標系における収支式の導出 |
| 第3回 | 非定常状態流れの速度分布 | 演習：非定常Navier-Stokes方程式 |
| 第4回 | 移動現象を記述する基礎式のベクトル表示 | 演習：ベクトル解析の基礎 |
| 第5回 | 機械的エネルギー収支 | 演習：エネルギー収支に関する問題 |
| 第6回 | 流体の内部エネルギーとエネルギー散逸 | 演習：エネルギー散逸 |
| 第7回 | 流れ関数 | 演習：流れ関数 |
| 第8回 | 速度ポテンシャル | 演習：複素速度ポテンシャル |
| 第9回 | 境界層理論 | 演習：境界層理論 |
| 第10回 | Rheology | 演習：レオロジー |
| 第11回 | 非ニュートン流体の流動 | 演習：非ニュートン流体の速度分布 |
| 第12回 | 乱流 | 演習：円管内乱流に関する問題 |
| 第13回 | 粒子の周りの流れ, 充填層内流れ | 演習：粒子の周りの流れ |
| 第14回 | 機械的分離操作 | 演習：機械的分離装置の設計 |
| 第15回 | 機械的混合 | 演習：攪拌槽のスケールアップ |
授業時間外学修（予習・復習等）
授業内容に関する予習と復習（演習含む）をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。
教科書
T2SCHOLAにより必要な資料を配布する。
参考書、講義資料等
R.B.Bird, W.E.Stewart, E.N.Lightfoot: "Transport Phenomena" Revised 2nd Edition, Wiley(2006)
C.J.Geankoplis: Transport Process and Separation Process Principles (INCLUDES UNIT OPERATIONS), Prentice Hall (2008)
吉川史郎著『ベーシック移動現象論』化学同人(2015)
小川浩平，黒田千秋，吉川史郎著『化学工学のための数学』数理工学社(2007)
成績評価の基準及び方法
物理量の収支式の導出方法，速度分布の求め方，流体輸送におけるエネルギー収支の計算法，機械的操作に関する問題，移動現象の数値解析に関する理解度を評価する。演習と試験の結果で成績を評価する。
関連する科目
- CAP.C201 ： 移動現象第一（運動量移動）
- CAP.C202 ： 移動現象第二（熱移動）
- CAP.C203 ： 移動現象第三（物質移動）
- CAP.E241 ： 化学データ解析
- CAP.C311 ： 粒子・流体操作
履修の条件(知識・技能・履修済科目等)
学士課程レベルの数学，物理，移動現象に関する基礎的な知識を有していること
その他
なし
