問題2、3

確認2 定常問題と遷移状態
平板がある成分を含んでいて,それぞれCH,CLになっている。2枚の平板で挟まれた領域では成分が
移動している。領域内は拡散係数Dの静止流体。
領域内の濃度分布を求める。 物質移動の式
無限平板で挟まれている。 直角座標
 ∂ 2C ∂ 2C ∂ 2C 
∂C
∂C
∂C
∂C
+ vx
+ vy
+ vz
= D 2 + 2 + 2  + R
∂t
∂x
∂y
∂z
∂y
∂z 
 ∂x
基礎式
簡単化
定常→
€
∂
=0
∂t
無限平板→
∂
=0
∂z
∂
=0
∂y
静止流体→ vx
= v y = vz = 0
問題に何の記載もないので物質の発生もない→ R = 0
2
d
C
解くべき式
=0
2
dx
拡散項
C = CH at x = 0
境界条件
C = CL at x = w
積分して解を得る
2回積分して
C = Ax + B
B = CH
境界条件より
A=−
x
CH − CL
できれば 講義で推奨 C − CH
=−
x + CH していた形に整理する
CH − CL
w
w
C − CL
x
=1−
下に示すように直線分布になる
最終的に
CH − CL
w
C=−
CH − CL
w
C − CH
x
1+
=1−
CH − CL
w
ある瞬間に左の平板の濃度がCH に変化して,流体内の濃度が時間とともに変化する。すなわち定常
でなくなっている。時間経過とともに新しい定常状態へと落ち着く。この途中の変化を記述するの
は非定常の物質移動の式。
∂C
∂2 C
=D 2
∂t
∂x
非定常項
これは,何回も解いたことのある微分方程式だが,
初期条件が違う。果たして解けるだろうか?
拡散項
ここでは,そんな難しいことはせずに,直感で途中の分布を考えてみよう
CH
CH
濃
度
濃
度
最初の最後の
直線分布の間
に曲線が存在
する
CL
x=0
CH
x=w
濃
度
CH '
CH '
CL
CL
x=0
遷移状態
初期の定常状態
x=w
x=0
変化後の定常状態
確認3 定常問題
球体周りの熱移動(静止流体),資料第7回の球体周りの濃度変化と同じように考える
T − T0 R
=
TH − T0 r
x=w