- 杉山 均、佐野 正利、永橋 優純、加藤 直人, 2014: はじめて学ぶ 移動現象論 — 運動量・熱・物質移動を統合的に理解する。森北出版, 243 pp. ISBN 978-4-627-67071-6.
2014年にでた A5判 横書きのペーパーバック。
わたしは、気象学のうちで地表面での大気と陸や海との運動量やエネルギー (熱) や物質 (おもに水) の交換についての教材をつくろうとして、乱流による運動量・エネルギー・物質輸送を、分子粘性・熱伝導・拡散と共通するところとちがうところを明示した形で、なるべく統一的に論じている教科書的な本をさがしていた。しかし、大きな本屋でも、なかなかみつからない。
機械工学の棚でこれをみつけた。たしかに運動量・熱・物質の輸送をあつかっているし、分子粘性と乱流輸送をそれぞれあつかっている。しかし、分担執筆であるせいか、それぞれの章の執筆態度がちがい、ひとつの共通な表現からそれぞれのプロセスの表現が派生するような形ではない。(式のたてかたのスタイルはにているので、別々の本の記述よりは関係づけやすいと思うが。)
機械工学の学生むけの教科書なので、機械工学の初級ででてくるいろいろな具体的な状況があつかわれている。分量が 90分15回 (12章なので、115分12回?) の1こまの授業であつかうには多いと思う。講義と演習の2こまの授業でつかわれるのだろうか。気象学でもあらわれる状況もあるのだが、そうでないものもあり、気象学の学生にはすすめにくい。教材をつくる側で個別に参考になるところはある。
折りかえしのあとに目次をつける。(各章末に演習問題があるが、それは省略した。)
===== 目次 =====
まえがき
目次
主な記号
– – 主な物理量
– – 主な添え字
– – 主な無次元数
付表
– – 付表 1. 大気圧における空気の物性値
– – 付表 2. 大気圧における水の物性値
第1章 移動現象の基本概念
– 1.1 移動現象
– – 1.1.1 流れ場での基本概念
– – 1.1.2 温度場での基本概念
– – 1.1.3 濃度場での基本概念
– 1.2 基本単位と単位系
– 1.3 次元解析
– – 1.3.1 次元
– – 1.3.2 次元解析の有効性
– – 1.3.3 バッキンガムの π 定理
– – 1.3.4 無次元パラメータの求め方
– – 1.3.5 理論解と次元解析
– [トピックス] ジェットコースター
第2章 運動量の移動
– 2.1 ニュートンの粘性法則
– 2.2 層流と乱流
– 2.3 速度境界層
– – 2.3.1 層流境界層と乱流境界層
– 2.4 連続の式
– 2.5 運動量方程式
– – 2.5.1 運動量の時間的変化
– – 2.5.2 流れ場における垂直応力とせん断応力
– – 2.5.3 運動方程式の導出
– 2.6 層流の解析
– – 2.6.1 ハーゲン・ポアズイユ流れ
– – 2.6.2 水平平板上の流れ
– 2.7 ベルヌーイの式
– 2.8 相似則
– [トピックス] ピトー管
第3章 乱流における運動量移動
– 3.1 乱流における粘性法則
– 3.2 乱流における運動量方程式
– 3.3 混合距離理論
– 3.4 乱流の速度分布
– – 3.4.1 次元解析
– – 3.4.2 対数法則
– – 3.4.3 分子拡散と乱流拡散との比較
– 3.5 乱流の解析
– – 3.5.1 円管内の乱流
– – 3.5.2 水平平板内の乱流
– 3.6 水力直径
– 3.7 摩擦抵抗と形状抵抗
– [トピックス] 魚の泳法
第4章 熱の移動
– 4.1 熱移動の分類
– 4.2 フーリエの法則と熱拡散率
– 4.3 熱通過率
– 4.4 温度境界層
– 4.5 平均温度
– – 4.5.1 単純平均温度
– – 4.5.2 混合平均温度
– [トピックス] 猫
第5章 定常熱伝導
– 5.1 フーリエの法則
– 5.2 平板における1次元定常熱伝導
– – 5.2.1 単層平板における1次元定常熱伝導
– – 5.2.2 多層平板における1次元定常熱伝導
– 5.3 円筒における1次元定常熱伝導
– – 5.3.1 単層円筒における1次元定常熱伝導
– – 5.3.2 多層円筒における1次元定常熱伝導
– 5.4 熱伝導と熱伝達の関係
– 5.5 熱抵抗、熱コンダクタンス、熱透過率
– 5.6 フィンの熱移動
– – 5.6.1 基礎方程式と解法
– – 5.6.2 フィンからの放熱量の計算
– – 5.6.3 フィン効率
– [トピックス] 冷熱の感覚
第6章 非定常熱伝導
– 6.1 熱伝導方程式
– – 6.1.1 熱伝導方程式の座標変換
– – 6.1.2 熱伝導における相似則
– 6.2 非定常熱伝導方程式の解法
– – 6.2.1 ラプラス変換
– – 6.2.2 変数分離
– 6.3 半無限体の非定常熱伝導 (ラプラス変換による解法)
– 6.4 無限平板の非定常熱伝導 (変数分離による解法)
– [トピックス] 半熟たまご
第7章 層流における熱伝達
– 7.1 熱伝達率
– 7.2 強制対流熱伝達
– – 7.2.1 エネルギー方程式
– – 7.2.2 外部流 (水平平板上の流れ) の熱伝達
– – 7.2.3 内部流の熱伝達
– 7.3 自然対流熱伝達
– – 7.3.1 基礎方程式
– – 7.3.2 垂直加熱平板に沿う流れの熱伝達
– [トピックス] ウサギの耳
第8章 乱流における熱伝達
– 8.1 乱流における熱拡散率
– 8.2 乱流におけるエネルギー方程式
– 8.3 混合距離理論
– 8.4 熱伝達率の摩擦係数からの類推
– – 8.4.1 レイノルズのアナロジー
– – 8.4.2 プラントルのアナロジー
– – 8.4.3 カルマンのアナロジー
– 8.5 コルバーンのアナロジーを用いた熱伝達率の摩擦係数からの類推
– – 8.5.1 水平平板上の流れ
– – 8.5.2 円管内の流れ
– 8.6 物体廻りの熱伝達
– 8.7 自然対流熱伝達
– [トピックス] 飛行機雲
第9章 相変化を伴う熱伝達
– 9.1 相変化と熱伝達
– 9.2 凝縮熱伝達
– – 9.2.1 垂直平板に沿う膜状凝縮
– – 9.2.2 水平円管での膜状凝縮
– – 9.2.3 凝縮曲線
– 9.3 沸騰熱伝達
– – 9.3.1 沸騰曲線
– – 9.3.2 プール沸騰における熱伝達
– – 9.3.3 流動沸騰における熱伝達
– 9.4 熱伝達率の比較
– [トピックス] 木陰
第10章 放射による熱移動
– 10.1 熱放射の基礎
– 10.2 黒体からの熱放射の法則
– 10.3 灰色体からの熱放射の法則
– 10.4 黒体面間の放射伝達
– – 10.4.1 熱放射強度
– – 10.4.2 熱放射強度の方向性
– – 10.4.3 黒体放射能 Eb と 垂直熱放射強度 In の関係
– – 10.4.4 二黒体表面間の放射伝熱
– – 10.4.5 灰色体表面間の放射伝熱
– [トピックス] 植物の越冬
第11章 物質の移動
– 11.1 フィックの拡散法則
– 11.2 拡散係数
– – 11.2.1 気体中の拡散係数
– – 11.2.2 液体、固体中の拡散係数
– 11.3 濃度境界層
– – 11.3.1 物質移動係数
– 11.4 物質輸送方程式
– – 11.4.1 2成分の流れ
– – 11.4.2 薄膜中の拡散
– 11.5 水平平板上の物質移動
– 11.6 相似則
– [トピックス] 蛙
第12章 乱流における物質移動
– 12.1 乱流における拡散係数
– 12.2 乱流における物質輸送方程式
– 12.3 混合距離理論
– 12.4 摩擦係数からの渦拡散率の類推
– 12.5 熱伝達現象からの物質移動現象の類推
– 12.6 平板における物質移動
– – 12.6.1 コルバーンの j 因子からの解法
– – 12.6.2 積分方程式による解法
– [トピックス] タンポポとカエデ
演習問題解答
参考文献
索引
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