熱工学Ⅰ

科目基礎情報

学校 奈良工業高等専門学校 開講年度 平成30年度 (2018年度)
授業科目 熱工学Ⅰ
科目番号 0055 科目区分 専門 / 必修
授業形態 講義 単位の種別と単位数 履修単位: 2
開設学科 機械工学科 対象学年 4
開設期 通年 週時間数 2
教科書/教材 〔教科書〕 「工業熱力学」,コロナ社,丸茂栄佑・木元恭司 共著 〔補助教材・参考書〕 「例題で学ぶ工業熱力学」,森北出版,著者 牧野州秀・芹澤昭示
担当教員 矢尾 匡永

目的・到達目標

1. 完全な単位換算の理解,各種計算の確実性および熱力学の第1法則を始めとする専門用語の完全理解.
2. 熱力学の第2法則,エントロピを含む状態変化に関する概念を理解し,計算を行うことができる.
3. 各種サイクルの熱効率,出力等を求めることができる.
4. 蒸気を用いたサイクルの熱効率,成績係数等の計算ができる.

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未到達レベルの目安
評価項目1熱力学第一法則・第二法則を用いて、熱と仕事の関係の基本的な原理を記述・説明できること.熱力学第一法則と第二法則の定義を記述・説明できること.熱力学第一法則と第二法則の定義は記述できる.
評価項目2理想気体の圧力・体積・温度の関係を状態方程式により記述し、等圧変化、等容変化、等温変化、断熱変化、ポリトロープ変化の意味を説明できる.さらに、状態量、熱、仕事を計算できる.理想気体の圧力・体積・温度の関係を状態方程式により記述でき、等圧変化、等容変化、等温変化、断熱変化、ポリトロープ変化の意味を説明できる.理想気体の圧力・体積・温度の関係を状態方程式により記述はできる.
評価項目3カルノーサイクルに関する状態変化を理解し、熱効率の計算と熱の有効エネルギーの説明ができる.カルノーサイクルに関する状態変化を理解し、その熱効率を計算できる.カルノーサイクルに関する状態変化を理解できない.
評価項目4固体、液体および理想気体におけるエントロピーの変化量を計算できる.計算例に基づいて、エントロピーの変化量を計算できる.エントロピーの変化量を計算できない.
評価項目5サイクルの意味を理解して熱機関の熱効率を計算でき、各サイクルの性能を比較できる.サイクルの意味を理解し、熱機関の熱効率を計算できる.サイクルの意味が理解できない.
評価項目6蒸気の状態量の変化を蒸気表および蒸気線図から読み取ることができる.蒸気の状態量を蒸気表および蒸気線図から読み取ることができる.蒸気の状態量を蒸気表および蒸気線図から読み取ることができない.

学科の到達目標項目との関係

準学士課程(本科1〜5年)学習教育目標 (2) 説明 閉じる
JABEE基準 (d-2a) 説明 閉じる
JABEE基準 (d-2b) 説明 閉じる
システム創成工学教育プログラム学習・教育目標 D-1 説明 閉じる

教育方法等

概要:
熱工学の基礎となる理想気体および蒸気の性質について解説する.その利用として,各種サイクルの理論熱効率および実際の装置について説明する.これを通して,基礎の理解に基づいた実際の装置の把握を目的とする.
授業の進め方と授業内容・方法:
座学による講義および課題を用いた演習を組み合わせて授業を行う.
注意点:
関連科目
物理,化学,エネルギ基礎力学(3年次)

  学習指針
適宜,提供する演習問題を自ら解くことが,この教科の理解を助ける.また,そのことを通して,知識に偏るのではなく,常識的な素養を身に付けることが本教科の学習上重要である.

  自己学習
教科書の章末問題を継続的に解くことが重要である.また,自分に合った演習問題集を購入し,問題を解くことで理解を深めるように工夫する.

授業計画

授業内容・方法 週ごとの到達目標
前期
1stQ
1週 序論(1) エネルギ基礎力学との関連を理解し,熱工学が扱う問題について説明することができる.また,SI単位と工学単位について説明できる.
2週 序論(2) 熱工学で扱う圧力,熱量,仕事等の単位換算について説明できる.
3週 熱と仕事(1) 熱力学の第0法則と第1法則について説明できる.
4週 熱と仕事(2) 状態量,内部エネルギ,エンタルピ,絶対仕事,工業仕事,開いた系および閉じた系について説明できる.
5週 理想気体(1) ボイル・シャールの法則と理想気体について説明できる.
6週 理想気体(2) 理想気体の状態変化の計算(等圧,等容変化)ができる.
7週 前期中間試験 授業内容を理解し,試験問題に対して正しく解答することができる.
8週 試験返却・解答 試験問題を見直し,理解が不十分な点を解消する.
2ndQ
9週 理想気体(3) 理想気体の状態変化の計算(等温,断熱変化)ができる.
10週 理想気体(4) 理想気体の状態変化の計算(ポリトロープ変化)ができる.
11週 熱力学の第2法則(1) . 熱機関,ヒートポンプ,熱効率,成績係数,第2法則について説明できる
12週 熱力学の第2法則(2) 可逆変化,不可逆変化,カルノーサイクル,熱力学的温度目盛について説明できる.
13週 熱力学の第2法則(3) クロジュースの積分,クロジュースの不等式,エントロピ,エントロピ増大の原理について説明する.
14週 熱力学の第2法則(4) エントロピの計算とTS線図について説明する.
15週 前期末試験 授業内容を理解し,試験問題に対して正しく解答することができる.
16週 試験返却・解答 試験問題を見直し,理解が不十分な点を解消する.
後期
3rdQ
1週 理想気体のサイクル(1) 各種理論サイクルと実際の内燃機関との関連について説明できる.
2週 理想気体のサイクル(2) オットーサイクル(定容サイクル)の問題を解ける.
3週 理想気体のサイクル(3) ディーゼルサイクル(定圧サイクル)の問題を解ける.
4週 理想気体のサイクル(4) サバテサイクル(複合サイクル)の問題を解ける.
5週 理想気体のサイクル(5) ジュール・ブレイトンサイクルの問題を解ける.
6週 理想気体のサイクル(6) スターリングサイクルとエリクソンサイクルの問題を解ける.
7週 後期中間試験 授業内容を理解し,試験問題に対して正しく解答することができる.
8週 試験返却・解答 試験問題を見直し,理解が不十分な点を解消する.
4thQ
9週 蒸気のサイクル(1) 蒸気の性質の解説と飽和蒸気表,過熱蒸気表,モリエ線図の活用できる.
10週 蒸気のサイクル(2) 飽和蒸気表,過熱蒸気表,モリエ線図の活用し,問題が解ける.
11週 蒸気のサイクル(3) ランキンサイクルの問題を解ける.
12週 蒸気のサイクル(4) 再熱サイクルの問題を解ける.
13週 蒸気のサイクル(5) 再生サイクルの問題を解ける.
14週 蒸気のサイクル(6) 冷凍サイクルの問題を解ける.
15週 学年末試験 授業内容を理解し,試験問題に対して正しく解答することができる.
16週 試験返却・解答 試験問題を見直し,理解が不十分な点を解消する.

評価割合

試験演習課題学習記録合計
総合評価割合10000100
基礎的能力10000100
専門的能力0000
分野横断的能力0000