熱科学・工学B / Thermal Science and Engineering B  

  小宮 敦樹, 小原 拓, 菊川 豪太, 庄司 衛太, 琵琶 哲志  

  工  

   

   

Google Classroomのクラスコードは工学研究科Webページ

https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-g.html

（大学院シラバス・時間割・履修登録）にて確認すること。

本講義では，ミクロからマクロスケールに至る熱エネルギー変換および伝熱現象の基礎物理を理解し，その知識を工学的応用に結び付けることができる能力を養成することを目的とする。特に，(1) 熱流体現象の分子動力学表現と分子スケール解析，(2) 振動流れや音響振動に基づく熱輸送とエネルギー変換の基礎，(3)マルチスケールにおける熱物質輸送現象の可視化と制御，(4) 界面現象に関わる熱統計力学，に特化した講義を展開し，これらの講義を通して，熱現象および輸送現象の本質の理解を一層深め，工学分野おける実用機器への応用が可能となるようにする．

The class code for Google Classroom can be found on the Web site of the School of Engineering:

https://www.eng.tohoku.ac.jp/english/academics/master.html (under "Timetable & Course Description")

The students will master the basic physics of thermal energy conversion and heat transfer in both micro and macroscopic scales, and learn to link this knowledge to engineering applications. More specifically, the series lectures: i) the Molecular Dynamics and molecular-scale analyses of thermo-fluid phenomena, ii) oscillating-flow based heat transfer and energy conversion, iii) visualization and control of multi-scale heat and mass transfer, and iv) statistical mechanics regarding interface phenomena will be done. Students are expected further deepen their understanding of the essence of thermal phenomena.

  熱・物質輸送論 / Heat and Mass Transfer  

  菊川 豪太  

  工  

   

   

Google Classroomのクラスコードは工学部Webページにて確認すること。

学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)

本講義はGoogle Classroomを使用します．

クラスコード: y4ojaiu

１．目的　

複雑な伝熱・物質輸送のメカニズムを幅広いスケールに渡って学ぶ．

２．概要　

伝熱学で習得した伝熱現象の基礎知識を踏まえ，幅広いスケールに渡って熱・物質輸送現象のメカニズムを講義する．

３．達成目標等　

・ミクロスケールから熱力学の概念を捉え直し，統計物理学の基礎的概念を理解する．

・熱・物質輸送現象をミクロ・マクロスケールに渡って原理的に理解し，応用について考察できる．

The class code for Google Classroom can be found on the Web site of

the School of Engineering:

https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)

This class uses Google Classroom.

Class code: y4ojaiu

In this course, heat and mass transport phenomena are discussed from a broader viewpoint ranging from microscale to macroscale. Thermodynamic quantities are revisited with microscopic descriptions. The basic principles of statistical physics are given in order to understand the relationship between macroscopic thermodynamics and microscopic mechanics. Based on the above basics, the derivation of governing equations for mass transport phenomena, essential analogy between heat transfer and mass transfer, and application cases in the engineering are discussed.

  エネルギー工学 / Energy Technology  

  青木 秀之  

  工  

   

   

Google Classroomのクラスコードは工学部Webページにて確認すること。

学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)

１．目的

「移動現象論」に引き続き、熱機器や反応器を設計する際に必要となるエネルギー工学の基礎および物質移動の基礎知識を修得する。「移動現象論」と「エネルギー工学」のセットで移動論が完結する。

２．概要

工業プロセス内では流体あるいは固体の流れがあり、加熱・冷却される場合が数多い。熱と物質移動の解析によりプロセス設計・操作の最適化を図ることは化学工学の基礎でもある。本授業により熱や物質を扱う機器の原理およびその効率化向上策などを学ぶ。

３．達成目標等

この授業では、主に以下のような能力を修得することを目標とする。

・化学工業プロセスを高効率で操作するために、熱や物質移動現象を理解し解析できる。

・熱伝導方程式の誘導と定常・非定常解の解析ができる。

・熱機器の原理を理解し、簡単な設計法を展開できる。

・物質移動現象の原理を理解し、その解析ができる。

The class code for Google Classroom can be found on the Web site of

the School of Engineering:

https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)

1. Objective

Following the course, Transport Phenomena, students learn basic heat and mass transfer which are required to design the thermal equipment and reactor. The set of "Transport Phenomena" and this "Energy Engineering" complete the "Rate Processes".

2. Summary

 Solid and fluid flow is generally used in industrial process with heating and cooling. To optimize the process design and its operation, analysis of heat and mass transfer is required. This course provides students with principle of equipment related with energy and mass transfer, and improvement of the equipment.

3. Target

Targets of this course are:

1) Students understand the phenomena of heat and mass transfer for effective operation of chemical industrial plant.

2) Students can derive heat conduction equation from Fourier's law, and calculate steady and unsteady heat conduction.

3) Students understand the principle of thermal equipment and can conduct basic designing of the equipment.

4) Students understand the principle of mass transfer behavior and calculate mass transport phenomena.

  移動現象論 / Transport Phenomena  

  大森 俊洋  

  工  

   

   

Google Classroomのクラスコードは工学部Webページにて確認すること。

学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)

本授業は対面で火曜日2講時に行う。授業情報の提供は Google Classroom も使用する。

１．目的

材料製造プロセスにおいて重要な運動量、熱および物質の移動（総称：移動現象）に関する基礎知識修得を目的とする。

２．概要

移動現象の共通法則、次元解析と無次元相関式、収支式（微分方程式）の立て方、収支式の解き方等について、簡単な材料製造プロセスの例を用いて述べる。

３．達成目標等

この講義では、主に以下のような能力を修得することを目標とする。

・本系の学習・教育目標のA, B, Dに関する能力を修得する。

  記号A-Mについては、マテリアル・開発系の教育目標を参照のこと。

  https://www.material.tohoku.ac.jp/department/purpose.html

・ 材料製造プロセスにおける移動現象の役割を理解する。

・ 移動現象間の類似性を分子運動の見地から理解する。

・ 異相間移動速度の定式と次元解析による無次元相関式の導出法を理解する。

・ 収支式の立て方と微分方程式の基礎的解法を理解する。

The class code for Google Classroom can be found on the Web site of

the School of Engineering:

https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)

In this course, lectures will given in a lecture room on Tuesday from 10:30 to 12:00. The class information will be provided via Google Classroom. To access the Classroom, please check the website (https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)

1. Goals

The main goal of this course is to let students acquire basic knowledge about transport phenomena in materials processing. Transport phenomena include fluid flow, heat and mass transfer.

２．Outline

General laws of transport phenomena, dimensional analysis and dimensionless correlation equations, derivation of balance differential equations and methods of their solution will be described using material manufacturing processes as examples.

3. Achievement target, etc.

 ・The objective of this class is to acquire the following skills and abilities.

 ・The role of transport phenomena in the material processing.

・ The similarity between transport phenomena from the viewpoint of molecular motion.

・ The main relationships for the transfer rate between different phases and derivation of the dimensionless

   correlation equations using the dimension analysis.

・ Formulation of the balance equations and the basic solutions of differential equations.

  伝熱学 / Heat Transfer  

  小原 拓  

  工  

   

   

Google Classroomのクラスコードは i5cth6x です。2024年度は対面（機1）で授業を行いますが、資料の配布にClassroomを使います。

１． 目的　

機械工学、化学工学、電気・電子工学、環境工学等の工学分野において熱エネルギー機器設計の基礎となる、伝熱学の理解を目的とする。温度差を伴う熱エネルギーの移動現象を対象にして、形態の異なる各伝熱メカニズムの基礎式とその数理解法、工業機器への応用事例を、具体的な演習を含めて修得する。

２． 概要　

伝熱の基本三形態である熱伝導、対流、放射について、物理現象の定式化と解法、現象を支配する無次元数について学ぶ。さらに、加熱・冷却機器、空調機器、熱交換器など実用的な工学機器設計への応用手法について修得する。

３． 達成目標等　

伝熱学の基礎を理解し、工業、工学分野における熱エネルギー機器の最適設計のための学力を修得する。

The class code of Google Classroom is i5cth6x. This Classroom is utilized to distribute the handout.

1. Objectives　

The purpose of this class is to provide students with an understanding of heat transfer science, which is the basis for the design of thermal energy equipment and devices in engineering fields such as mechanical engineering, chemical engineering, electrical and electronic engineering, and environmental engineering. Students will learn the basic equations of the heat transfer mechanisms driven by a temperature difference. They will also learn how to solve the equations mathematically and how to apply the equations to industrial equipment, including specific exercises.

2. Outline　

In this class, students will learn how to formulate and solve the physical phenomena of heat conduction, convection, and radiation, which are the three basic forms of heat transfer, as well as the dimensionless numbers that govern the phenomena. In addition, students will learn how to apply them to the design of practical engineering equipments such as heating and cooling equipment, air conditioning equipment, and heat exchangers.

3. Objectives　

To understand the fundamentals of heat transfer and to acquire the academic skills to optimize the design of thermal energy devices in industry and engineering.

  物性物理原論Ｃ / Fundamentals of Nano-Science C  

  山下 太郎  

  工  

   

   

Google Classroomのクラスコードは工学部Webページにて確認すること。

学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)

１．目的

様々な物質で発現する物性物理現象について、理解を深めることを目的とする。

２．概要

金属や誘電体、磁性体、超伝導体等において発現する多彩な物理現象や

秩序状態、電場・磁場に対する応答、その微視的機構について解説する。

３．達成目標等

種々の物質の具体的な物性物理現象を理解すること。

連絡や資料掲載など必要に応じ、Google Classroomを利用する。

The class code for Google Classroom can be found on the Web site of

the School of Engineering:

https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)

1. Objective

To understand physical phenomena emerged in various materials.

2. Outline

We will study the various physical phenomena, ordered states, electric/magnetic responses, and their microscopic mechanisms in metals, dielectrics, magnets, and superconductors.

3. Learning objective

To understand the physical properties of many kinds of materials.

Check also google classroom.

  数理流体力学 / Mathematical Fluid Dynamics  

  江原 真司, 橋爪 秀利  

  工  

   

   

Google Classroomのクラスコードは工学部Webページにて確認すること。

学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)

本講義ではGoogle Classroomを使用して講義情報を発信します（クラスコード： nwihw6n）。

１．目的

先進核分裂炉、核融合炉、粒子加速器などの量子エネルギーシステムにおける熱設計の基礎となる伝熱学・流体力学およびそれらの応用としての数値解析手法を学ぶことを目的とする。

２．概要

伝熱学については、伝熱の基本形態である伝導・対流について、物理現象の定式化と解法を交えて学ぶ。流体力学については、理想流体の複素解析、粘性流体の運動・境界層について学ぶ。また、両者に共通する次元解析および現象を支配する無次元数について学ぶ。また、テンソル解析の基礎を理解し、粘性による応力とひずみ速度の関係を学び、ナビアストークスの式を導出する。

３．到達目標

伝熱学の基礎を理解すること、および支配方程式の導出過程・取扱いを習熟すること

流体力学の基礎方程式の数理的な取扱いを習熟し、粘性流体の流動現象の特徴とその数学的な記述を理解すること

次元解析による無次元相関式の導出法を理解すること

テンソル解析の基礎を理解し、ナビアストークスの方程式の各項の意味を理解すること

The class code for Google Classroom can be found on the Web site of

the School of Engineering:

https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)

In this class, lecture information will be sent via Google Classroom (class code: nwihw6n).

1. Objectives

The purpose of this class is to provide students with an understanding of heat transfer science and fluid dynamics, which are the basis of the design of thermal engineering system such as advanced nuclear fission reactors, nuclear fusion reactors and particle accelerators, and of numerical analysis method as their applications.

2. Outline

In this class, students will learn how to formulate and solve the physical phenomena of heat conduction, convection, which are the basic mechanism of heat transfer, as regards heat transfer science. Regarding fluid mechanics, students will learn complex analysis of ideal fluid and motion of viscous fluid including boundary layer, as well as dimensionless numbers that govern the phenomena. In addition, students will understand the basics of tensor analysis, learn the relationship between viscous stress and strain rate, and derive the Navier-Stokes equation.

3. Goal

To understand the fundamentals of heat transfer and to acquire the academic skills to derive and handle the governing equations.

To understand mathematical aspects of basic equations in fluid mechanics, and characteristic features and mathematical expressions of viscous fluid motions.

To understand the way to derive relationships among dimensionless numbers through the dimension analysis

To understand the basics of tensor analysis and understand the meaning of each term in the Navier-Stokes equation.

  計算材料学 / Computational Materials Science  

  久保 百司, 大谷 優介, 寺田 弥生, ＢＥＬＯＳＬＵＤＯＶ ＲＯＤＩＯ  

  工  

   

   

Google Classroomのクラスコードは工学研究科Webページ

https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-g.html

（大学院シラバス・時間割・履修登録）にて確認すること。

材料の機能や特性は、電子の振る舞いや原子配列などのミクロスケールの情報が、メゾスケールにおける原子集団のダイナミクスを通して、マクロなスケールに伝達されることによって発現するマルチスケール現象であり、非線形性が極めて強い。そのためそれぞれの異なるスケールで主要な役割を果たす要素の振る舞いを記述する学理への理解が極めて重要となる。本講義では、ミクロスケールにおける電子や原子の振る舞いを理解するための代表的な計算手法としてHartree-Fock法、Post-Hartree-Fock法、密度汎関数法の基礎について、メゾスケールにおける原子集団のダイナミクスを理解するための代表的な計算手法として分子動力学法とGinzburg-Landau法の基礎について紹介する。さらに、最近注目されているマテリアルインフォマティクス技術の一つであるディープラーニングの基礎についても紹介する。

The class code for Google Classroom can be found on the Web site of the School of Engineering:

https://www.eng.tohoku.ac.jp/english/academics/master.html (under "Timetable & Course Description")

Materials functions and properties are multi-scale phenomena and have extremely strong non-linearity because micro-scale information such as electron behaviors and atomic arrangements affects macro-scale functions and properties through the group dynamics of atoms on meso-scale. Therefore, understanding of the scientific principle on the behaviors of principal elements in each scale is significantly important. In this lecture, basic concepts of Hartree-Fock, Post-Hartree-Fock, and DFT methods are given for understanding the behaviors of electrons and atoms on micro-scale. In addition, basic concepts of molecular dynamics and Ginzburg-Landau methods are given for understanding the group dynamics of atoms on meso-scale, Furthermore, basic concepts of deep learning are given for understanding material informatics technologies that have been attracted recently.

  移動現象論 / Transport Phenomena  

  青木 秀之, 渡邉 賢  

  工  

   

   

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学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)

１．目的

各種工業プロセス内では運動量移動、熱移動、物質移動、化学反応による変化過程などが複雑に絡み合い、それらを一括して移動現象と称する。この授業では、移動現象論の最も基礎である運動量ならびに熱（エネルギー）移動についての専門基礎知識を学ぶ。

２．概要

工業プロセス内では流体あるいは固体の流れがあり、加熱・冷却される場合が数多い。熱と物質移動の解析によりプロセス設計・操作の最適化を図ることは化学工学の基礎でもある。移動現象論を通して化学工学の必要性と意義，流体力学の基礎、流体輸送機器の取り扱いなどを学ぶ。

３．達成目標等

この授業では、主に以下のような能力を修得することを目標とする。

・熱及び物質収支の取り方を理解し、プロセスの定量的把握手法を修得する。

・粘性流体の性質と運動量方程式の立て方を理解する。

・エネルギー保存式からベルヌーイの式を誘導し、その応用を図ることができる。

・種々の流動抵抗をベルヌーイの式に組み込み、ポンプ動力を解析できる。

・ポンプやブロワーなどの流体輸送機器の原理を理解し、その特徴を説明できる。

The class code for Google Classroom can be found on the Web site of

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https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)

1. Objective

Momentum, heat and mass transfer and chemical reactions simultaneously occur in the process of chemical industries and these are collectively called Transport Phenomena. This course provides students with fundamental knowledge of transport phenomena, such as momentum and heat (energy) transfer.

2. Summary

Solid and fluid flow is generally used in industrial process with heating and cooling. To optimize the process design and its operation, analysis of heat and mass transfer is required. Students understand necessity and significance of chemical engineering, basic fluid dynamics and fluid machines through this course.

3. Target

Targets of this course are:

1) Students learn the calculation method of heat balance and material balance, and these quantitative balance in an objective process.

2) Students understand the characteristics of viscous fluid and the derivation method of momentum equation of fluid.

3) Students derive Bernoulli's equation from the law of conservation equation of energy, and they can apply Bernoulli's equation to industrial problems.

4) Students can calculate pump power by considering various fluid mechanical loss.

5) Students understand the mechanism of fluid machines such as pump and blower and explain these characteristics.

  多相系プロセス設計工学 / Multi-Phase Process Design Engineering  

  久保 正樹  

  工  

   

   

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https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-g.html

（大学院シラバス・時間割・履修登録）にて確認すること。

優れた機能を有する製品を製造するためには，装置やプロセスの中で起こる現象（輸送現象といったマクロスケールの現象だけでなく，製品の物性や機能に関わるナノ・メゾスケールの現象）を十分理解し，製品の物性や機能を制御するためのプロセスの設計・制御の方法論を確立する必要がある。本講義では，化学工業プロセスをはじめ多くのプロセスが多相系であることを考慮し，表面張力や濡れなどの界面現象，界面を介しての輸送現象，異相界面が関わるナノ・メゾスケールの現象の基礎を説明するとともに，多相系プロセスの設計・制御において不可欠な現象のモデル化及び数値解析手法について講義する。

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https://www.eng.tohoku.ac.jp/english/academics/master.html (under "Timetable & Course Description")

To produce materials with various functions and high quality, it is important to acquire a correct knowledge of both macroscopic and microscopic phenomena in materials processing which determine the properties and functions of materials, and then to establish the procedure or guideline of process design and control being based on the knowledge. Since many chemical processes involve the multiphase system such as liquid/gas or liquid/liquid phases, in this lecture, interfacial phenomena such as surface tension and wetting, transport phenomena through the interface and meso-microscopic phenomena at the interface between two phases are introduced. The mathematical modeling and numerical simulation of multiphase processes are also presented.