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29年度・前期
曜時限 火曜・3時限
講義室 W201/3号館第1演習室
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・大嶋正裕,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Visual Basic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実地試験を期末に行い、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する。

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(VB)の立ち上げと、単位換算の計算のプログラム作成やかけ算・わり算と表計算のシート計算 (1回)。
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、VBを使って、代数計算を行うプログラムをつくって解く。
繰り返し計算による陰関数の解法 2 気体の状態方程式や沸点・露点の式を解く問題を、繰り返し代入法やニュートン法をつかった計算プログラム作成し、解く。
常微分方程式の数値解法 3 バイオリアクターや化学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、ルンゲ・クッタ法を使ったプログラムを作成し解く。
積分方程式の解法 2 沈降濃縮プロセスの設計方程式を、シンプソン法を使ったプログラムを作成し、解く。
行列計算 3 行列の演算(足し算・引き算・掛け算)のプログラムの作成、掃き出し法をつかった逆行列を求めるプログラムの作成ののち、多変量パラメータフィッテングによるデータ解析(多重回帰)計算を行えるプログラムを作成する。
最適化計算 2 多変数関数の極値探索として、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。(2回)
フィードバック授業 1 本講義の内容に関する理解度の確認し、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。パソコンのオンオフならびにエクセルの立ち上げ方は知っておくこと。また、プログラムの宿題をメールで提出するので、メールの使い方は知っておくこと。

授業外学習(予習・復習)等

授業では、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)

各授業、最初30分は講義室で実習する内容と要点の説明をうけ、実習は3号館の情報演習室のコンピュータを利用し、残りの60分コンピュータでプログラミングしながら、学ぶ。