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最終更新日:2026年10月16日

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化学流体力学

 化学反応場で起こる現象は、化学反応のみならず、流体の挙動および物質の拡散や熱移動などの輸送現象に強く依存する。
 化学プラントにおける反応容器内の現象は、典型的な化学反応場である。これに加えて、燃焼・爆発(爆轟)は、自動車や航空機などのエンジンから、宇宙ロケット、火災の防止や対策などの安全工学、近年では水素エネルギーの安全利用に至るまで、非常に重要な現象であり、重要な化学反応場である。これに加えて、人体内部の細胞内外での生化学反応場も、血液や組織液の流動や、薬物・シグナル物質や栄養素の拡散などの輸送現象に強く依存する。このため、DDS、人工臓器やステントなどの医療機器開発、再生医療のための細胞培養などに必要不可欠な学問である。
これらの多様な化学反応場を的確に理解し制御するためには、本講義で取り扱う化学流体力学の理解が不可欠である。本講義では、流体力学および流体中での輸送現象の基礎について学び、さらに流体力学を用いて化学反応場を解析するための基礎知識を身に付けることを目的とする。
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時間割/共通科目コード
コース名
教員
学期
時限
FEN-CS3301L1
FEN-CS3301L1
化学流体力学
茂木 俊夫
A1 A2
火曜2限
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講義使用言語
日本語
単位
2
実務経験のある教員による授業科目
NO
他学部履修
可
開講所属
工学部
授業計画
0.本講義の概要・ガイダンス 1.流体の性質 2.流体の分類 3.流体を力学で扱う:オイラーとラグランジェの関係 4.流れを表す物理量 5.流れを見る 6.流体の変形と回転 7.さまざまな流れと渦 8.連続の式(質量保存則) 9.オイラーの運動方程式(運動量保存則) 10.連続体の定義と応力 11.ナビエ・ストークス方程式(運動量保存則) 12.流れの相似則と無次元数 13.ベルヌーイの式(エネルギー保存則) 14.直円管内の流れ 15.直円管以外の管路流れ 16.物体の周りの流れ 17.ポテンシャル流れ、境界層 18.熱と物質の移動    分子レベルの交換による移動、乱流交換による移動 19.温度および濃度分布    静止気体中での分布、層流中での分布 20.温度および濃度分布    乱流中での分布 21.定常反応場と非定常反応場 22.化学流体力学の適用例
授業の方法
講義
成績評価方法
期末試験、および各回のクイズ
履修上の注意
配布資料や参考書を用いて復習することが望ましい