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現在位置: ホーム ja シラバス(2020年度) 工学部 工業化学科 計算化学工学

計算化学工学

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科目ナンバリング
  • U-ENG27 37082 LJ76
  • U-ENG27 37082 LJ61
開講年度・開講期 2020・前期
単位数 2 単位
授業形態 講義
対象学生 学部生
使用言語 日本語
曜時限 火3
教員
  • 大嶋 正裕(工学研究科 教授)
  • 長嶺 信輔(工学研究科 准教授)
  • 引間 悠太(工学研究科 助教)
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。
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 第1回 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。

第2回 代数方程式
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。

第3~4回 繰り返し計算による陰関数の解法
逐次代入法やニュートン法などの繰り返し計算法について学び,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。

第5~6回 常微分方程式の数値解法
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。

第7~8回 数値積分
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。

第9回 偏微分方程式
偏微分方程式を数値的に解く差分法について学び,熱伝導方程式から温度分布の時間発展を求める問題を解く。

第10~11回 行列計算
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。

第12~14回 最適化計算
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。

第15回 期末試験/学習到達度の評価

第16回 フィードバック
成績評価の方法・観点 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。
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。
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, 化学工学会, (培風館), ISBN: ISBN:4563045780