授業科目名 : 計算化学工学

科目コード 70820
配当学年 3年
開講年度・開講期 平成30年度・前期
曜時限 火曜・3時限
講義室 物理系校舎演習室2
単位数 2
履修者制限
授業形態 講義 / 実習
使用言語 日本語
担当教員    所属・職名・氏名 工学研究科・教授・松坂修二,工学研究科・准教授・長嶺信輔,工学研究科・助教・引間悠太

授業の概要・目的

化学工学に関連する問題を例題として、エクセルとVBAを使い、代数計算、非線形方程式の求解、微分方程式の解法、積分、行列計算、線形回帰(パラメータフィッテング)、非線形最小自乗法などの計算法、解析手法を学ぶ。

成績評価の方法・観点及び達成度

プログラムを作成する試験を期末に行い、平常の課題提出(プログラム)と併せて成績を評価する。

到達目標

簡単な微分方程式など、化学工学に関する計算がエクセルとVBAで行えるようになる。プログラムコードを自分で書けるようになる。

授業計画と内容

項目 回数 内容説明
オリエンテーション ビジュアルベーシック(VBA)の立ち上げと,四則演算,単位換算の計算のプログラム作成を行う。
代数方程式を解く 化学工学計算の例題として,流体の摩擦係数とレイノルズ数の問題や反応を伴うプロセスの物質収支計算の問題を解くプログラムを作成する。
繰り返し計算による陰関数の解法 2 逐次代入法やニュートン法などの繰り返し計算方について学び,van der Waals気体の体積や,多成分系の沸点・露点を求めるプログラムを作成する。
常微分方程式の数値解法 2 オイラー法やルンゲ・クッタ法など常微分方程式を数値的に解く方法について学び,これらを用いてバイオリアクターや不可逆一次反応リアクターの動的な挙動を表現する微分方程式を解く。
数値積分 1 台形法やシンプソン法といった数値積分の計算法について学び,沈降濃縮プロセスの設計方程式を解く。
行列計算 2 行列の演算(足し算・引き算・掛け算)のプログラムの作成,掃き出し法による連立1次方程式を解くプログラムの作成を行う。
最適化計算 2 多変数関数の極値探索法として,多変数ニュートン法,最急降下法,マーカット法等の手法について学び,データから非線形モデルのパラメータを決定するプログラムを作成する。
粒子シミュレーション 3 粒子群の挙動に関する数値計算として,離散要素法(DEM)を取り上げ,その基礎を講述するとともに,基本的な考え方を理解するために,各種条件下で数値計算を行い,計算パラメータの意味を理解する。さらに,DEMによる応用例を示し,特殊条件下での適用のさせ方について講述する。
フィードバック授業 1 本講義の内容に関する理解度を確認し,問題点を拾い上げ議論する。

教科書

教員が作成したプリントを使用する。

参考書等

化学工学プログラミング演習(培風館)

履修要件

授業はエクセルを用いて行う。パソコンの起動ならびにエクセルの立ち上げ方は既知のものとする。また,プログラムの宿題をメールで提出するため,メールの使い方は知っている必要がある。

授業外学習(予習・復習)等

毎回,プログラミングの演習問題を宿題として課す。

授業URL

その他(オフィスアワー等)

授業の初めの30分間で実習する内容と要点の説明を行う。残りの60分間は課題プログラムの作成に充て,質問などを適宜受け付ける。