到達目標
(科目コード:11530 英語名:Fluid Dynamics Ⅱ)
この科目は長岡高専の教育目標の(D)と主体的に関わる.この科目の到達目標と,各到達目標と長岡高専の学習・教育到達目標との関連を,到達目標,評価の重み,学習・教育到達目標との関連の順で次に示す.①二次元における流体の運動と基礎式を理解する.40%(d1)(e2),②粘性流体の諸性質,特に境界層の概念と性質を理解する.40%(d1)(e2),③乱流の概念を理解し,代表的な流れや現象を理解する.20%(d1).
ルーブリック
| 理想的な到達レベルの目安 | 標準的な到達レベルの目安 | 最低限の到達レベルの目安 | 未到達レベルの目安 |
評価項目1 | 二次元における流体の運動と基礎式を詳細に理解する. | 二次元における流体の運動と基礎式を理解する. | 二次元における流体の運動と基礎式を概ね理解する. | 左記に達していない. |
評価項目2 | 粘性流体の諸性質,特に境界層の概念と性質を詳細に理解する. | 粘性流体の諸性質,特に境界層の概念と性質を理解する. | 粘性流体の諸性質,特に境界層の概念と性質を概ね理解する. | 左記に達していない. |
評価項目3 | 乱流の概念を理解し,代表的な流れや現象を詳細に理解する. | 乱流の概念を概ね理解し,代表的な流れや現象を理解する. | 乱流の概念を概ね理解し,代表的な流れや現象を概ね理解する. | 左記に達していない. |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
流体力学IA,IBでは,非粘性の流体(完全流体)を中心に学習したが,実在の流体は少なからず粘性を持ち,その結果完全流体とは大きく異なる流れとなる.一方流体中の物体表面の流れは,境界層と呼ばれる薄い層を除けば非粘性の流れで近似できる.このような粘性流体の基礎的な性質と,流れを記述する基礎方程式について講義し,また代表的な粘性流の例を紹介する.
〇関連する科目:流体力学IA,B(前年度履修),流体工学(専1履修),レオロジー(専2履修)
授業の進め方・方法:
内容の区切りで理解を深めるために演習を行い,課題を課す.現象を知るために写真や映像をスライドで紹介することもある.
注意点:
流れの基礎式を理解するために,微分・積分,流体力学IA,IBの内容を復習しておくこと.問題を解くだけでなく,現象を理解することも重要である.後習の「伝熱工学」は境界層の知識が必要になるので,受講希望者は本科目を履修することが望ましい.
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
前期 |
1stQ |
1週 |
流体要素の伸縮・せん断・回転 |
流体要素の変形を理解する.
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2週 |
二次元流れの連続の式と運動方程式 |
二次元流れの基礎式を理解する.
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3週 |
二次元流れのベルヌーイの定理 |
二次元流れの基礎式を理解する.
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4週 |
速度ポテンシャルと流れ関数 |
速度ポテンシャルと流れ関数の定義と扱い方を理解する.
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5週 |
渦度と循環 |
循環の定義と、渦度との関係を理解する.
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6週 |
粘性流体の基本的性質 |
二次元流れにおける、粘性によるせん断応力の定義を理解する.
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7週 |
ナヴィエストークス方程式 |
粘性を考慮した運動方程式を理解する.
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8週 |
ナヴィエ・ストークス方程式の厳密解 |
ナヴィエ・ストークス方程式の厳密解の導出方法を理解する.
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2ndQ |
9週 |
境界層の概念,境界層の特性量 |
境界層の概念を理解し、特性量としての厚さの定義・導出方法を学ぶ.
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10週 |
境界層方程式,境界層のはく離 |
境界層のはく離現象を理解する.
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11週 |
ブラジウスの厳密解,運動量積分方程式 |
境界層厚さのブラジウスの厳密解、運動量積分方程式の導出と抗力の求め方を学ぶ.
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12週 |
物体周りの流れ |
物体周りの流れに生じる現象を理解する.
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13週 |
揚力と抗力 |
物体に作用する揚力と抗力の発生、導出方法を理解する.
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14週 |
乱流の基礎,壁乱流,自由乱流 |
乱流、特に壁乱流や、噴流・後流などの自由乱流について理解する.
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15週 |
揚力効力の計算演習 |
揚力・抗力計算ができるようになる。
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16週 |
期末試験 17週:試験解説と発展授業 |
試験時間:80分
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モデルコアカリキュラムの学習内容と到達目標
分類 | 分野 | 学習内容 | 学習内容の到達目標 | 到達レベル | 授業週 |
評価割合
| 試験 | レポート | 演習 | | | | 合計 |
総合評価割合 | 45 | 35 | 20 | 0 | 0 | 0 | 100 |
基礎的能力 | 20 | 15 | 10 | 0 | 0 | 0 | 45 |
専門的能力 | 25 | 20 | 10 | 0 | 0 | 0 | 55 |
分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |