2025年度 (最新) 学院等開講科目物質理工学院応用化学系

化学工学４（移動現象基礎）

開講元: 応用化学系
担当教員: 関口秀俊 / 吉川史郎
授業形態: 講義
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室)
クラス: -
科目コード: CAP.G205
単位数: 100
開講時期: 2025年度
開講クォーター: 4Q
シラバス更新日: 2025年4月2日
使用言語: 日本語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

化学プロセスには装置内を流れる流体が存在し、その際には必ず熱移動が伴う。そのため，プロセスを扱う技術者・研究者は流動現象や熱移動現象の理解が必要である。本講義では，移動現象として扱われる流動（運動量移動）と熱移動に関し、それぞれその基礎を学習する。前者では、流れの状態や速度分布、そして流体輸送のために必要なエネルギーなどを学ぶ。後者では、３つの伝熱機構を学び、それぞれの機構による熱移動速度や空間・時間に対する温度変化を学習する。

到達目標

本講義を履修することにより，運動量，熱の移動現象を理解し，速度分布や温度分布とその経時変化を推算できる能力を習得し、さらに化学装置等を設計，操作する際の流体の流れや熱移動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する。

キーワード

運動量移動，熱移動(伝導、対流、放射)

学生が身につける力

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

本講義は，流動現象の理解、熱移動現象の理解の順に講義を進める．

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	"連続体の取り扱い、粘度とレイノルズ数：　流量、流速の定義、連続の式(連続体の質量保存則)、粘度とレイノルズ数、乱流、層流"	連続の式が理解でき、レイノルズ数の算出や流れの状態を推測できる。
第2回	"シェルモーメンタムバランス、速度分布：　モーメンタムバランスから速度分布を導出"	シェルモーメンタムバランスに基づいた速度分布が導出できる。
第3回	"管摩擦係数、エネルギー損失：　粘性による管摩擦、エネルギー損失、およびポンプ動力など、エネルギーバランス（ベルヌーイの法則）"	流体のエネルギーバランスを理解し、管路設計ができる。
第4回	"熱伝導：　フーリエの法則、熱抵抗"	熱伝導による熱移動や熱抵抗の考え方を理解できる。
第5回	"非定常熱伝導：　非定常熱伝導、Lumpモデル"	非定常熱伝導による温度の時間および空間変化を推算できる。
第6回	"対流伝熱：　強制対流と自然対流、伝熱係数、Nu数、Pr数"	対流伝熱による熱移動を推算できる。
第7回	"放射伝熱：　放射伝熱の基礎、ステファンボルツマンの法則"	放射伝熱の考え方を理解できる。

準備学修(事前学修・復習)等についての指示

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

授業で使用する資料を事前にT2SCHOLAにより配信する．

参考書、講義資料等

吉川史郎著『ベーシック移動現象論』化学同人(2015)電子版
R.B.Bird, W.E.Stewart, E.N.Lightfoot: "Transport Phenomena" Revised 2nd Edition, Wiley(2006)
化学工学、移動現象、流体力学、伝熱工学というタイトルのついた書籍全般。また、適宜、資料を配付する。

成績評価の方法及び基準

運動量移動や熱移動機構の理解度や，速度分布および空間・時間に対する温度変化の推算能力を評価します。成績評価は期末試験、および講義中に出題する課題・演習によって行います。

履修の条件・注意事項

履修条件は特に設けないが，関連する科目を履修していることが望ましい．