- 開講元
- 応用化学系
- 担当教員名
- 吉川 史郎
- 授業形態
- 講義 (ライブ型)
- メディア利用科目
- 曜日・時限(講義室)
- 月7-8(W621)
- クラス
- -
- 科目コード
- CAP.C201
- 単位数
- 1
- 開講年度
- 2022年度
- 開講クォーター
- 2Q
- シラバス更新日
- 2022年4月6日
- 講義資料更新日
- -
- 使用言語
- 日本語
- 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：化学装置内の熱，物質の移動は流体の流れ(流動)の状態に大きく依存しています。流動を記述する運動方程式，エネルギー収支式は流体の運動量移動という観点から導くことができます。本講義では運動方程式，エネルギー収支式に基づいて主に装置内の流動を解析する方法について講義します。
講義のねらい：化学装置における熱と物質の移動現象は流体の流れに大きく影響されます。様々な装置内の流体の流れを解析するための運動方程式は運動量移動という観点から導かれます。導かれた運動方程式に基づいて様々な場において流体がどのような速度で流れるかを明らかにすることができます。講義において一次元定常の問題をその運動方程式により解く方法，流体のエネルギーの変化を表すエネルギー収支式を用いることにより流体輸送における摩擦損失を計算する方法を学びます。さらに，二次元流れの場に応用される流れ関数，速度ポテンシャル，境界層理論について学びます。境界層理論では運動量と熱，物質の移動現象が同じ形の式で記述されることに着目し，流動が熱，物質移動にどのような影響を及ぼすかを解説します。
到達目標
本講義では運動量，熱，物質の移動現象の相似性を理解した上で，化学プラントを設計，操作する際に生じる，流体の流れに相当する運動量移動現象に関する問題を解決することができる能力を身につけることを目標とします。
キーワード
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課す。
授業計画・課題
| 授業計画 | 課題 | |
|---|---|---|
| 第1回 | 移動現象とは，運動量，熱，物質移動現象の相似性 | 演習：流量の計算ができるようになるための演習 |
| 第2回 | 流体の粘性，流れの状態の表現・分類 | 演習：運動量流束，レイノルズ数の計算ができるようになるための演習 |
| 第3回 | 運動量の収支：シェルモーメンタムバランスによる速度分布の導出 | 演習：直角座標系における速度分布を導くことができるようになるための演習 |
| 第4回 | 一般的な物理量収支式，運動量収支式 | 演習：円柱座標系における軸方向流れの速度分布を導くことができるようになるための演習 |
| 第5回 | 運動量収支式による速度分布の導出 | 演習：円柱座標系における円周方向流れの速度分布を導くことができるようになるための演習 |
| 第6回 | 流体の機械的エネルギー収支と摩擦損失 | 演習：配管による流体輸送に必要なポンプ出力を計算できるようになるための演習 |
| 第7回 | 流れ関数と速度ポテンシャル | 演習：流れ関数と速度ポテンシャルを利用して二次元流れを解析することができるようになるための演習 |
| 第8回 | 境界層理論 | 演習：境界層理論に基づいた固体表面付近の二次元流れを解析することができるようになるための演習 |
授業時間外学修（予習・復習等）
学修効果を上げるため，教科書や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。
教科書
吉川史郎著『ベーシック移動現象論』化学同人(2015)電子版
参考書、講義資料等
小川浩平，黒田千秋，吉川史郎著『ケミカルエンジニアの流れ学』培風館(2002)
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)
R.B.Bird, W.E.Stewart, E.N.Lightfoot: "Transport Phenomena" Revised 2nd Edition, Wiley(2006)
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，流動が熱，物質の移動に及ぼす影響に関する理解度を評価する。毎回の授業後に課す演習および試験の成績をもとに評価する。
関連する科目
- CAP.E241 ： 化学データ解析
- CAP.C202 ： 移動現象第二（熱移動）
- CAP.C203 ： 移動現象第三（物質移動）
- CAP.C441 ： 移動現象操作
- CAP.C311 ： 粒子・流体操作
履修の条件(知識・技能・履修済科目等)
なし
その他
なし
