概要:
・熱輸送の三形態を理解し,エネルギー輸送式を説明できる。
・各伝熱形態における基礎的な式を用いた計算ができる。
・伝熱工学を簡単な実例に適用して,熱輸送を解析することが出来る。
・伝熱に関する数値計算を行うことが出来る。
授業の進め方・方法:
前半の講義は教科書にそって進めていく。後半の数値計算の講義については,オリジナルの資料を配布する。
注意点:
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
前期 |
1stQ |
1週 |
ガイダンス 熱輸送の三形態
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熱輸送の三形態について説明できる。
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2週 |
輸送定数 無次元相間式 |
輸送定数について説明できる。 輸送定数を決定するために,無次元相間式を使うことができる。
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3週 |
沸騰・凝縮による熱輸送 沸騰曲線 |
沸騰曲線について説明できる。
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4週 |
保存量に対する収支の考え方 連続の式の導出 |
収支式を説明できる。 収支式の考え方を質量に対して適用し,連続の式を導出できる。
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5週 |
熱伝導方程式 円筒座標系・球座標系における定式化 |
収支式の考え方を熱エネルギーに対して適用し,熱伝導方程式を導出できる。 さまざまな座標系における収支式を導出できる。
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6週 |
差分化 FTCS法 陽解法の安定条件 |
差分化について説明できる。 陽解法の安定条件について説明できる。
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7週 |
BTCS法 陰解法の安定条件 クランク・ニコルソン法 |
陰解法の安定条件について説明できる。
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8週 |
物性値が変化する場合 格子間隔が不均一な場合 生成項の線形化 多次元への拡張 |
熱伝導方程式および差分式の一般の場合について,説明できる。
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2ndQ |
9週 |
境界条件 第1種境界条件 第2種境界条件 |
熱伝導方程式および差分式の境界条件について,説明できる。
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10週 |
数値計算演習 Excelによる1次元非定常熱伝導問題 Excelによる2次元定常熱伝導問題 |
簡単な熱伝導方程式の数値計算を行うことができる。
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11週 |
Octaveによる数値計算 |
Octaveを用いて数値演算を行うことができる。
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12週 |
Octaveによる連立一次方程式の求解 |
Octaveを用いて連立一次方程式の計算を行うことができる。
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13週 |
数値計算演習 多次元の非定常熱伝導問題 |
熱伝導方程式の数値計算を行うことができる。
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14週 |
数値計算演習 多次元の非定常熱伝導問題 |
熱伝導方程式の数値計算を行うことができる。
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15週 |
数値計算演習 多次元の非定常熱伝導問題 |
熱伝導方程式の数値計算を行うことができる。
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16週 |
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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 |
基礎的能力 | 数学 | 数学 | 数学 | 簡単な1変数関数の局所的な1次近似式を求めることができる。 | 5 | 前4,前5,後3,後4 |
1変数関数のテイラー展開を理解し、基本的な関数のマクローリン展開を求めることができる。 | 5 | 前4,前5,後3,後4 |
自然科学 | 物理 | 熱 | 時間の推移とともに、熱の移動によって熱平衡状態に達することを説明できる。 | 5 | 前4,前5,後2 |
物体の熱容量と比熱を用いた計算ができる。 | 5 | 前4,前5,後2 |
熱量の保存則を表す式を立て、熱容量や比熱を求めることができる。 | 5 | 前4,前5,後2 |
工学基礎 | 工学実験技術(各種測定方法、データ処理、考察方法) | 工学実験技術(各種測定方法、データ処理、考察方法) | 実験テーマの目的に沿って実験・測定結果の妥当性など実験データについて論理的な考察ができる。 | 5 | 前13,前14,前15,後7 |
実験ノートや実験レポートの記載方法に沿ってレポート作成を実践できる。 | 5 | 前13,前14,前15,後7 |
専門的能力 | 分野別の専門工学 | 機械系分野 | 熱流体 | 熱力学の第一法則を説明できる。 | 5 | 前4,前5,後14 |
情報処理 | プログラムを実行するための手順を理解し、操作できる。 | 5 | 前11,前12,後9,後10,後14 |
算術演算および比較演算のプログラムを作成できる。 | 5 | 前11,前12,後9,後10,後14 |
データを入力し、結果を出力するプログラムを作成できる。 | 5 | 前11,前12,後9,後10,後14 |
条件判断プログラムを作成できる。 | 5 | 前11,前12 |
繰り返し処理プログラムを作成できる。 | 5 | 前11,前12 |
一次元配列を使ったプログラムを作成できる。 | 5 | 前11,前12 |
分野横断的能力 | 総合的な学習経験と創造的思考力 | 総合的な学習経験と創造的思考力 | 総合的な学習経験と創造的思考力 | 工学的な課題を論理的・合理的な方法で明確化できる。 | 5 | 前13,前14,前15 |