熱力学特論（Advanced Thermodynamics）[0005]

＜授業のねらい及び具体的な到達目標＞

エネルギー工学、環境工学を専攻する機械技術者が必要とする熱力学・燃焼化学の知識を学ぶ。燃焼の基礎として化学反応における微分方程式の作成と解法を理解し、化学平衡計算の手法を身につける。実燃焼として往復動エンジンの熱発生シミュレーションにおける熱力学モデルを構築し、理論解析とともにPCを使用して計算実習を進め、シリンダ内の圧力、温度変化やNOx生成濃度、エンジンの行う仕事を計算して効率のよい環境適応型エンジンの設計条件を求める。また新エネルギーの高度利用の１つである燃料電池についてその原理と効率を求めるとともに、燃料電池自動車の開発状況と将来動向についても理解を深め、簡単な燃料電池の製作実習を行う。以上より、往復動エンジン、燃料電池のエネルギー効率および環境特性の検討のできる技術者となることを目指す大学院生として必要な熱力学、燃焼化学に関する知識を身につけるともに、この分野における課題を把握し解決方法を自ら見出す能力を磨くことをねらいとする。

＜授業計画及び準備学習＞

１．　燃焼の基礎：
総括反応式、素反応、反応速度、反応生成物について解説する。
準備学習：教科書103〜111ページを熟読し燃焼の基礎を理解して例題、類題を解く。
２．　化学平衡計算：
化学平衡計算プログラムを用いて炭化水素の組成を計算、モル分率のグラフを作成する。
準備学習：教科書111〜119ページを熟読して例題、類題を解く。
３．　常微分方程式の解析解法：
変数分離型，同次型，一階線形微分方程式を理解し、物理現象についての微分方程式を作成する。
準備学習：常微分方程式の解法についての授業配布資料を熟読して例題、類題を解く。
４．　往復動エンジン１：
火花点火エンジンの熱発生シミュレーションと現象を表す微分方程式について解説する。
シリンダ内の燃焼式、燃焼質量割合、シリンダ内圧力・温度、図示仕事について解説する。
準備学習：教科書131〜136ページを熟読して例題、類題を解く。
５．　往復動エンジン２：
圧縮着火エンジンの熱発生シミュレーションと現象を表す微分方程式について解説する。
燃焼式、燃焼質量割合、着火遅れ、Wiebe燃焼過程、シリンダ内圧力・温度、図示仕事を学ぶ。
準備学習：教科書136〜139ページを熟読して例題、類題を解く。
６．　微分方程式の数値解析法：
ルンゲクッタ法による数値解析と数値計算ソフトの使用法について解説する。
準備学習：微分方程式の数値解法についての授業配布資料を熟読して例題、類題を解く。
７．　新エネルギー１：
従来型エネルギーと新エネルギー、エネルギーの高度利用、燃料電池の概要について解説する。
準備学習：従来型エネルギーや今後の高度利用の方向についてインターネットで調べておく。
８．　新エネルギー２：
太陽光、風力、地熱、メタンハイドレート、CBM、シェールガスの現況について解説する。
さらにバイオマスエネルギー　バイオガソリン、バイオディーゼルについて解説する。
準備学習：新エネルギー２についての授業配布資料を熟読しておく。
９．燃料電池１：
電池の基礎、燃料電池種類と特性・開発状況、家庭用・事業所用ＦＣの現況について解説する。
準備学習：電池の種類、燃料電池の開発状況についての授業配布資料を熟読しておく。
１０．燃料電池２：
燃料電池ＦＣの原理、火力発電とＦＣの違いについて理解し、ＦＣ効率について解説する。
準備学習：燃料電池の原理についての授業配布資料と教科書107〜111ページを熟読しておく。
１１．燃料電池３：
燃料電池と発電、H2-FC、Mg-FC、DEFC-DMFC、触媒、ＦＣコストについて解説する。
準備学習：各燃料電池の特性、効率についての授業配布資料を熟読しておく。
１２．燃料電池４：
日本、欧米、アジアにおけるFCVの現状、JHFC、BPSの高圧容器実験、水素ｽﾃｰｼｮﾝを解説する。
準備学習：日本、欧米、アジアにおける燃料電池についての授業配布資料を熟読しておく。
１３．燃料電池５：
燃料改質による水素製造、吸蔵合金、HBタンクについて解説し、MgFC車の作製実習を行う。
準備学習：水素製造・貯蔵についての授業配布資料を熟読しておく。
１４．学習内容の振り返りと学習成果の確認
　　　準備学習：前回までの総復習を行うので授業中の演習、小テスト、レポートを見直しておく。

＜成績評価方法及び水準＞

毎時間の演習、小テスト、レポートの提出により採点・評価する。

＜教科書＞

JSMEテキストシリーズ　熱力学 日本機械学会（丸善）

＜参考書＞

エンジンー熱と流れの工学―　是松孝治、森棟隆昭 編著：産業図書
機技術者のための熱力学、熱力学教育研究会編、産業図書

＜オフィスアワー＞

夏季集中講義期間中に講師室、授業教室等で質問を受付ける。
メール morimune_kyjky@yahoo.co.jp にて随時受付

＜学生へのメッセージ＞

受講時できるだけノートPC（Windows XP、７）を持参してください。
Mg燃料電池車モデルの製作が体験できます。