反応管 水–メタノール混合 平衡圧ビューア

全体の流れ

1. ユーザーが温度 T・メタノール組成（mol%/wt%/vol% のいずれかで入力、内部はモル分率 x に変換）・混合液の充填量 V_fill（室温の液量）・容器体積 V_vessel をスライダまたは数値入力で指定する。
2. 組成依存の室温混合密度から充填量を質量に換算し、全体密度 ρ = 混合液質量 / V_vessel を求める。密閉管は等容系なので、状態は (T, ρ, 組成 x) の3変数だけで決まる。
3. ビルド前に Python が thermopack の CPA-SRK 状態方程式（水4C／メタノール2Bの会合スキーム、2成分の相互作用 kij_a=-0.05 を実測VLEで合わせ込み）で、(T, ρ, x) の3次元グリッドと、各組成の飽和（泡点・露点の圧力と密度）を事前計算し data_grid.json に書き出す。
4. core.js が相判定を行う。臨界軌跡より高温側は単相（近臨界・超臨界）、それ以外は露点密度 ≤ ρ ≤ 泡点密度なら気液二相、ρ が泡点密度より大きければ圧縮液(L)、露点密度より小さければ蒸気(V) と分類する。
5. (T, ρ, x) を三線形補間して平衡圧を求める。気液二相では泡点〜露点の間の共存圧として、単相域では境界（飽和密度）をアンカーにした密度補間で圧力を出し、あわせて液側 xL・蒸気側 yV の相組成も補間する。
6. app.js の UI 層が、左ペインに圧力値と相バッジ、右ペインに『式と計算』透明化パネル（ρ算出→相判定→圧力・相組成補間を数式付きで表示）、下部に P–T 等容線グラフ（等容線・泡点圧曲線・臨界点・現在点）と相状態マップ（温度×充填量／温度×組成）を描画する。組成表示は mol%/wt%/vol% で切り替えられ、内部計算は常にモル分率で行う。
7. 過充填（co-volume を超えて非物理になる条件）は値を出さず（null）、CPA が過大予測する高温・近臨界・高圧域は実測の臨界軌跡を基準に打ち切って『参考表示』とすることで、負圧や臨界の過大評価といった非物理を防ぐ。
8. 水版・メタノール版と『?T=&fill=&vessel=&x=』の URL パラメータで条件を引き継いで相互リンクし、計算サーバー不要でブラウザ内だけで完結する単一HTMLとして Cloudflare Workers で公開している（noindexで検索除外）。

使った技術

thermopack（SRK-CPA）

水–メタノール混合の状態方程式・気液平衡をビルド前に計算する物性ライブラリ。CoolProp は水–アルコールの2成分パラメータが未整備で使えないため採用した。

Python / precompute・engine

(T, ρ, x) の3次元グリッドと各組成の飽和（泡点・露点）を生成し data_grid.json に書き出すビルド側スクリプト。室温混合密度や臨界軌跡の計算もここで行う。

JavaScript / core.js

DOM・Plotly 非依存の相判定・三線形補間・相組成計算ロジック。Python 参照実装と同一仕様で突合検証している。

JavaScript / app.js

UI 層（スライダ・数値入力・mol/wt/vol 切替→core.js 呼び出し→Plotly 描画・計算透明化パネル更新・水版/メタ版への相互リンクURL生成）。

Plotly.js（cartesianバンドル）

P–T 等容線グラフと相状態マップの描画。vendor として単一HTMLに埋め込み、外部通信なしの動作を実現。

Python / build

template・vendor Plotly・data_grid・core・app を結合して単一HTMLを生成し、配布用とVercel公開用 index.html を出力するビルドスクリプト。

検証（Python参照 × 一次実測データ）

JS 補間結果を Python 参照と突合し、さらに泡点圧・等容P・臨界軌跡の一次実測データと %AAD で照合してモデルの妥当性を定量検証する。

Cloudflare Workers

混合版フォルダの index.html と仕様書 spec.html を静的配信（README/コードは非公開、noindexで検索除外）。

実装の工夫

• CoolProp は水–アルコール2成分パラメータが未整備で使えないため、thermopack の CPA-SRK（水4C／メタノール2B 会合スキーム）を採用。相互作用 kij_a=-0.05 を実測VLE（Gmehling-Onken / Kurihara 等）で合わせ込み、1atm 泡点の温度差は約0.36℃に収めた。
• 一次実測4系（Yokoyama 泡点圧 %AAD 1.6%、Sentenac 3.7%、Bazaev 等容 P〜2%、臨界軌跡）で独立に妥当性を検証。CPA が臨界点を実測より約+23℃・+29% 過大予測することを実測で確定し、温度上限を実測の臨界軌跡基準で打ち切って近臨界・高圧域は『参考表示』に切り替えた。
• 純物質（水・メタノール）版は (T, ρ) の2次元グリッドだったのに対し、混合版は組成軸を足した (T, ρ, x) の3次元グリッド＋三線形補間に拡張。気液二相では液 xL・蒸気 yV の相組成も同時に補間して表示する。
• 組成入力は mol% / wt% / vol% を切り替え可能にし、内部は常にモル分率で計算（単位往復変換の誤差は 2e-16）。メタ:水 の比も併記して直感的に把握できるようにした。
• 過充填（co-volume 超で非物理）になる条件は値を出さない（null）設計とし、負圧などの非物理表示を防いだ。気液二相では充填量を変えても圧力が飽和圧で一定、単相液に入った瞬間に急上昇する、という等容系の挙動がそのまま読み取れる。
• 紫／バイオレット系のパレットを採用し、水版（ベージュ系）・メタノール版（薄緑系）と色で一目で識別できるようにした。3ツールを URL パラメータ（T/fill/vessel/x）で相互リンクし、条件を保ったまま行き来できる。
• レイアウトは font-size:clamp とflexでチャートが残り高さを埋める構成にし、ResizeObserver で Plotly をリサイズすることで、横長〜縦長の画面でも1画面に収まるようにした。

用語

平衡圧

密閉容器の中で、液体とその蒸気がつり合った（平衡になった）ときに示す圧力。

等容系（定容）

容器の体積が変わらない系。密閉した反応管はこれにあたり、状態は温度・全体密度・組成だけで決まる。

全体密度 ρ

入れた混合液の質量 ÷ 容器体積。等容系では圧力と相を決める鍵になる量で、組成によって室温密度が変わる。

充填率

容器体積に対する、室温で測った液の体積の割合（例: 5 mL の容器に 2 mL なら 40%）。

状態方程式（EOS）

温度・密度・組成から圧力や相を計算する物理式。混合液の平衡圧を求める土台。

CPA-SRK

Cubic-Plus-Association。水素結合する流体（水・アルコール）の会合（分子どうしのくっつき）まで扱える状態方程式で、水–メタノール混合の計算に使った。

thermopack

状態方程式や気液平衡を計算する科学計算ライブラリ。CPA-SRK の事前計算に使用。

モル分率

混合物の組成を「分子の個数の割合」で表したもの。内部計算はこの単位で行い、表示は mol% / wt% / vol% に変換する。

気液平衡（VLE）／泡点・露点

液体と蒸気がつり合った状態。混合系では液側の組成 xL と蒸気側の組成 yV が異なり、液が沸き始める点が泡点、蒸気が凝縮し始める点が露点。

相互作用パラメータ kij

混合則で2成分の効き方を補正する係数。実測の気液平衡データに合うよう kij_a=-0.05 に調整した。

圧縮液・近臨界・超臨界

圧縮液(L)＝臨界に達しない高温の液、近臨界＝臨界点のすぐ手前（モデル精度が落ちる参考域）、超臨界(SC)＝臨界点を超えて気液の区別が無くなった状態。