流動・伝熱操作 (L33Q)

日本大学理工学部

2021年理工学部シラバス - 物質応用化学科

設置情報

科目名	流動・伝熱操作
設置学科	物質応用化学科	学年	3年
担当者	栗原　清文	履修期	後期
単位	2	曜日時限	水曜3
校舎	駿河台	時間割CD	L33Q
クラス	A 、 B
履修系統図	履修系統図の確認

概要

学修到達目標	化学工業において流体の輸送および熱の移動はプロセスの重要な要素をなしている．本講では流体や熱の流動機構を解説し，プロセスにおける流動操作および熱移動（伝熱）操作の原理と計算法を学ぶ．具体的な到達目標は次のようである． 1．流動操作を理解するために必要な基礎（エネルギー収支，層流，乱流，レイノズル数､摩擦損失，摩擦係数）を理解し，説明できる（10％） 2．流体輸送に必要な所要動力および流体の流量測定の計算法を理解し，これらの値を正しく求めることができる（40%） 3．伝熱操作を理解するために必要な基礎（フーリエの法則，伝導伝熱，熱伝導度，対流伝熱，境膜伝熱係数，総括伝熱係数，二重管式熱交換器）を理解し，説明できる（20％） 4．二重管式熱交換器中の流体の境膜伝熱係数，同交換器の伝熱面積および管長の計算法を理解し，これらの値を正しく求めることができる．（30%）
授業形態及び授業方法	本科目の履修者は全15回の講義中，第1回目は履修者全員がPower Pointを使用してスライドショーしたスライドをZoomで画面共有して講義するオンライン授業を受講し，2回目から4回目の講義はCSTポータルⅡにアップした音声付きのスライドを視聴・学習するオンデマンドのオンライン授業を受講する．その後，対面授業とオンライン授業を交互に受講するハイブリッド型の講義を進めるが，学生番号が偶数の学生は6回を対面授業で，5回をZoomを利用したオンタイムのオンライン授業で，学生番号が奇数の学生は5回を対面授業で，6回をZoomを利用したオンタイムのオンライン授業を受講する．なお，Zoomを利用したオンライン授業では，対面授業でPower Pointを使用してスライドショーしたスライドをZoomで画面共有して講義を行う．
履修条件	特になし

授業計画

第1回	流体輸送および熱移動操作について，その概略を説明し，この授業における流体輸送と熱移動操作がなぜ重要なのかと，この授業における各学修到達目標が何かをリアクションペーパーとして提出することを課題とする．なお，課題の解説と採点結果は，CSTポータルⅡ上で行う．【予習】シラバスの内容を確認の上，授業に出席すること（20分）．【復習】授業後は，その日のうちに授業中に説明した流動操作および熱移動操作を理解する上で鍵となる事項を整理し，本科目における学修到達目標が何かを十分に復習してください（60分）．
第2回	流体輸送の物質収支とエネルギー収支式について解説し，例題3.1を各自解き直してレポートにすることを，第2回名の課題とする．なお，課題の解説と採点結果は，CSTポータルⅡ上で行う．【予習】シラバスで毎回の「授業計画」の内容を確認し，教科書のP.28～32を予習した上で授業に臨んでください(120分以上）．【復習】授業後は，流体輸送の物質収支とエネルギー収支式について十分に復習し，理解を深めてください．その際，例題3.1を解答を見ずに再度自分で解いてみることが肝要です（120分以上）．
第3回	流れの状態を規定（層流，乱流，遷移域）するレイノルズ数の定義とその計算法を説明する．授業中に例題3.2を説明し，これに関連した「入門化学工学」からの問題4.1と4.2を出題し，これを第3回目の講義の演習とする．なお，課題の解説と採点結果は，CSTポータルⅡ上で行う．【予習】シラバスで毎回の「授業計画」の内容を確認し，教科書のP.32～33を予習した上で授業に臨んでください（120分以上）．【復習】授業後は，例題3.2と演習した問題4.1と4.2を十分に復習し，理解を深めてください（120分以上）．
第4回	円管内流動にともなう摩擦係数の計算法とそれを用いた摩擦損失Ffの計算を説明する．その後，例題3.3を解説し，これに関連した「入門化学工学」からの問題4.5を出題し，これを第4回目の講義の演習とする．なお，課題の解説と採点結果は，CSTポータルⅡ上で行う．【予習】シラバスで毎回の「授業計画」の内容を確認し，教科書のP.33～35を予習した上で授業に臨んでください（120分以上）．【復習】授業後は，例題3.3と演習した問題4.5を十分に復習し，理解を深めてください（120分以上）．
第5回	摩擦損失Fe，Fc，F’の計算の解説から始めて，流体輸送の所要動力の計算法を説明する．その後，例題3.5を用いて，その計算手順を解説する．この例題3.5を各自解き直してレポートにすることを，第5回名の課題とする．なお，課題の解説と採点結果は，CSTポータルⅡ上で行う．【予習】シラバスで毎回の「授業計画」の内容を確認し，教科書のP.35～38を予習した上で授業に臨んでください（120分以上）．【復習】授業後は，例題3.5について十分に復習し，理解を深めてください（120分以上）．
第6回	例題3.5に関連した「入門化学工学」からの問題4.7を出題し，これを第6回目の講義の演習とする．なお，課題の解説と採点結果は，CSTポータルⅡ上で行う．【予習】演習に備えて，例題3.5について解説した箇所を再読し，理解した上で授業に臨んでください（120分以上）．【復習】授業後は演習した問題を十分に復習し，理解を深めてください．その際，演習した問題4.7を，解答を見ずに再度自分で解いてみることが肝要です（120分以上）．
第7回	流量および流速測定法について，オリフィス計およびピトー管を説明し，関連した「物質応用化学【基礎と演習】」からの問題9.63と「入門化学工学」からの問題4.9（前半）を出題し，これを第7回目の講義の演習とする．なお，課題の解説と採点結果は，CSTポータルⅡ上で行う．【予習】シラバスで毎回の「授業計画」の内容を確認し，教科書のP.39～42を予習した上で授業に臨んでください（120分以上）．【復習】授業後は演習した問題9.63と4.9前半を十分に復習し，理解を深めてください（120分以上）．
第8回	熱移動としての熱伝導の基礎となるフーリエの法則を説明し，平板状固体層および多重平板状固体層における定常伝導伝熱の理論と計算法を説明し，例題4.2を用いてその計算手順を解説する．その後，関連した「入門化学工学」からの問題5.2を出題し，これを第8回目の講義の演習とする．なお，課題の解説と採点結果は，CSTポータルⅡ上で行う．【予習】シラバスで毎回の「授業計画」の内容を確認し，教科書のP.43～47を予習した上で授業に臨んでください（120分以上）．【復習】授業後は，例題4.2と演習した問題5.2について十分に復習し，理解を深めてください（120分以上）．
第9回	円筒状固体層および多重円筒状固体層における定常伝導伝熱の理論と計算法を説明し，例題4.3，4.4を用いて，その計算手順を解説する．その後，関連した「入門化学工学」からの問題5.3を出題し，これを第9回目の講義の演習とする．なお，課題の解説と採点結果は，CSTポータルⅡ上で行う．【予習】シラバスで毎回の「授業計画」の内容を確認し，教科書のP.47～50を予習した上で授業に臨んでください（120分以上）．【復習】授業後は，例題4.3，4.4と演習した問題5.3について十分に復習し，理解を深めてください（120分以上）．
第10回	まず対流伝熱における理論と計算法と，化学プロセスにおいて重要な熱移動装置である熱交換器の原理（熱収支・温度変化・伝熱速度）について説明する．次に例題4.5を解説した後，熱交換器の中で二重管式熱交換器式を取り上げ，その伝熱面積および管長の計算法を説明し，合わせて，その計算に必要な境膜伝熱係数の求め方（円管内と環状路内の均一な流体）を，例題を交えて解説する．最後に関連した「入門化学工学」からの例題5.5を説明し，この例題5.5を各自解き直してレポートにすることを，第10回名の課題とする．なお，課題の解説と採点結果は，CSTポータルⅡ上で行う．【予習】シラバスで毎回の「授業計画」の内容を確認し，教科書のP50～58を予習した上で授業に臨んでください（120分以上）．【復習】授業後は，例題4.5と例題5.5について十分に復習し，理解を深めてください（120分以上）．
第11回	二重管式熱交換器の設計に必要な管長の計算法について，例題4.7を参考にして，関連問題として問題4.7‘を出題し，これを第11回目の講義の演習とする．なお，課題の解説と採点結果は，CSTポータルⅡ上で行う．【予習】シラバスで毎回の「授業計画」の内容を確認し，例題4.7を予習した上で授業に臨んでください（120分以上）．【復習】授業後は，演習した問題4.7’について十分に復習し，理解を深めてください（120分以上）．
第12回	二重管式熱交換器の設計に必要な管長の計算法について，関連した関連した「入門化学工学」からの問題5.6を出題し，これを第12回目の講義の演習とする．なお，課題の解説と採点結果は，CSTポータルⅡ上で行う．【予習】シラバスで毎回の「授業計画」の内容を確認し，例題4.6と4.7を予習した上で授業に臨んでください（120分以上）．【復習】授業後は，演習した問題5.6について十分に復習し，理解を深めてください（120分以上）．
第13回	放射伝熱について説明し，放射および対流の複合伝熱の計算法をリアクションペーパーとして提出させることを課題とする．なお，課題の解説と採点結果は，CSTポータルⅡ上で行う．【予習】シラバスで毎回の「授業計画」の内容を確認し，教科書のP.59～61を予習した上で授業に臨んでください（120分以上）．【復習】授業後は，放射伝熱について十分に復習し，理解を深めてください（120分以上）．
第14回	「流体輸送」の理解度を確認するための正答を示さない演習を行う．なお，課題の解説と採点結果は，CSTポータルⅡ上で行う．【予習】この演習に備えて，これまでの例題・問題を，解答を見ずに再度自分で解いてみましょう（200分以上）．【復習】授業後は本演習の問題を十分に復習し，誤解答があれば，正答できるまで問題を再解答してみましょう（120分以上）．
第15回	「熱移動操作」の理解度を確認するため，正答を示さない演習を行う．なお，課題の解説と採点結果は，CSTポータルⅡ上で行う．【予習】この演習に備えて，これまでの例題・問題を，解答を見ずに再度自分で解いてみましょう（200分以上）．【復習】授業後は本演習の問題を十分に復習し，誤解答があれば，正答できるまで問題を再解答してみましょう（120分以上）．

その他

教科書	日秋俊彦，児玉大輔，栗原清文，松田弘幸，佐藤敏幸，松本真和『標準化学工学Ⅰ［ISBN978-4-254-25040-4］』朝倉書店 2018年
参考書	小島和夫，越智健二，本郷尤，加藤昌弘，鈴木功，栃木勝己『入門化学工学改訂版［ISBN4-563-04545-4］』培風館 1996年
成績評価の方法及び基準	３章流体輸送の授業回である2，3，4，5，6，7，14回のレポートの採点結果の合計点が30点以上で，かつ，４章熱移動操作の授業回である8，9，10，11，12，13，15回のレポートの採点結果に第1回の授業のレポートの採点結果を加えた合計点が30点以上であることを，単位修得の条件とする．したがって，３章流体輸送または４章熱移動操作に関するレポートの採点結果の合計が30点未満のときは，この科目の単位修得はできない．
質問への対応	講義中・終了後またはE-Mailで受け付けます．
研究室又は連絡先	物質応用化学科化学工学研究室（駿河台校舎2号館2階226B号室） Tel: 03-3259-0822 kurihara.kiyofumi@nihon-u.ac.jp
オフィスアワー	水曜駿河台 10:00 ～ 11:00
学生へのメッセージ

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