2019年度 移動現象操作   Transport Phenomena and Operation

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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
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
2019年度
開講クォーター
4Q
シラバス更新日
2019年4月1日
講義資料更新日
-
使用言語
英語
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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

国際的教養力 コミュニケーション力 専門力 課題設定力 実践力または解決力
-

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Tokyo Tech.OCWi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の最後30-40分で実施する。

授業計画・課題

  授業計画 課題
第1回 移動現象論とは,運動量移動の基礎 なし
第2回 レオロジー,応力テンソルと変形速度テンソル 演習:非ニュートン流体のレオロジー特性を理解することができるようになるための演習
第3回 移動現象の相似性 演習:直角座標系の速度分布を導出できるようになるための演習
第4回 移動現象の基礎方程式(連続の式,運動量,熱,物質の収支式) 演習:円柱座標系の軸方向流れの速度分布を導出できるようになるための演習
第5回 移動現象の基礎方程式(エネルギー収支式) 演習:熱移動方程式に基づいて温度分布を導出できるようになるための演習
第6回 速度分布の導出 演習:円柱座標系の演習方向流れの速度分布を導出できるようになるための演習
第7回 管内流れにおける機械的エネルギー収支式 演習:円管内流れのエネルギー収支を計算することができるようになるための演習
第8回 流れ関数と速度ポテンシャル 演習:複素速度ポテンシャルに基づい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9回 境界層理論 演習:境界層理論に基づいて固体表面付近の移動現象を解析することができるようになるための演習
第10回 粒子のまわりの流れ 演習:粒子周りの非定常流れを解析することができるようになるための演習
第11回 非ニュートン流体の流れ 演習:非ニュートン流体の円管内流れの現象を理解することができるようになるための演習
第12回 乱流 演習:円管内乱流の特性を理解することができるようになるための演習
第13回 混合操作 演習:攪拌所要動力を計算することができるようになるための演習
第14回 機械的分離操作 演習:濾過における透過流束を計算できるようになるための演習
第15回 移動現象の数値解析 演習:移動現象の数値解析の基礎を理解できるようになるための演習

教科書

OCW-iにより必要な資料を配布する。

参考書、講義資料等

小川浩平編集『流体移動解析』朝倉書店(2011)
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『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)

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。期末試験(80%),演習・課題(20%)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)

なし

その他

なし

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