授業科目名 : 化学工学シミュレーション

科目コード 71010
配当学年 3年
開講年度・開講期 平成29年度・後期
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
使用言語 日本語
担当教員    所属・職名・氏名 工学研究科・教授・山本量一,工学研究科・講師・田中秀樹

授業の概要・目的

計算機シミュレーションは,工学的現象解析や装置設計の手法として極めて有用であり,今日のハードウェアの発達に伴い,もはや日常的ツールとなりつつある。本講では化学工学分野で多用される数種のシミュレーション手法をとりあげ,その基礎原理の理解と応用の実践を図る。

成績評価の方法・観点及び達成度

講義時間内に行う小テストや演習問題、課題レポートの内容を総合的に評価して判定する。

到達目標

常微分方程式・偏微分方程式の数値解法、流れのシミュレーション、分子シミュレーションについて、それぞれの基礎を理解する。さらにサンプルプログラムを用いて実際に計算機上でシミュレーションを実行する。

授業計画と内容

項目 回数 内容説明
常微分方程式の数値解法 3 化学工学では物質・運動量・熱など巨視的変数の移動現象を扱うことが必要である。簡単な例題については解析解を求めることが可能であるが、現実の問題の多くは解析的に解を求めることが困難でありコンピュータを用いて数値的に解くことが要求される。そのための基礎と手法について講述する。具体的には,常微分方程式の数値解法について解説を行い,同時にコンピュータを用いた演習で理解を深める。
常微分方程式の演習 1 学習到達度を確認するために情報処理教室で演習を行う.
偏微分方程式の数値解法 2 偏微分方程式の数値解法について詳しく解説する。コンピュータを用いた演習も行う。
偏微分方程式の演習 1 学習到達度を確認するために情報処理教室で演習を行う.
流れのシミュレーション 2 化学工学において特に重要であるナビエストークス方程式のシミュレーション(遅い流れ、乱流)について詳しく解説する。コンピュータを用いた演習も行う。
流れのシミュレーションの演習 1 学習到達度を確認するために情報処理教室で演習を行う.
分子シミュレーション 4 分子動力学(MD)法の基礎を講述するとともに,簡単な例として2次元 Lennard-Jones流体のMDプログラムを解読し,具体的計算法の理解を図る。各種条件下での流体挙動のシミュレーションを行い,温度,圧力,拡散係数,動径分布などの統計量の求め方を把握するとともに,単純流体の特性についての微視的理解を深める。
分子シミュレーションの演習 1 学習到達度を確認するために演習問題を課す。

教科書

教員が作成したWEB上の教材やプリントを利用する。

参考書等

河村哲也、応用数値計算ライブラリ「流体解析1」(朝倉書店)

履修要件

「化学工学計算機演習」,「計算化学工学」,「移動現象」,「物理化学I(化学工学)」。

授業外学習(予習・復習)等

授業URL

http://www-tph.cheme.kyoto-u.ac.jp/index.php?ry%2FEducation

その他(オフィスアワー等)

プログラミングやその実行を演習問題として課す。