概要:
一般・専門の別:一般
学習の分野:自然科学系共通・基礎
必修・必履修・履修選択・選択の別:必履修
基礎となる学問分野:工学/機械工学/流体工学
学習教育目標との関連:本科目は総合理工学科学習目標「②確かな基礎科学の知識修得」に相当する科目である。
技術者教育プログラムとの関連:本科目が主体とする学習・教育到達目標は「(A)技術に関する基礎知識の深化,A-1:工学に関する基礎知識
として,自然科学の幅広い分野の知識を修得し,説明できること。」である。
授業の概要:流体工学は,水その他の流体を対象に主として実験的手法により解析する水力学と理論的手法によって解明する流体力学を一つの体系にまとめたものである。できる限り数式を多用せずに現象の物理的意味を明確にすることに重点を置いて解説する。
授業の進め方・方法:
授業の方法:板書を中心に教科書に沿って授業を進め,できるだけ具体的に解説を行う。また毎回,課題を出して授業時間外での追加学習を求める。(学習教科書に載ってない項目は,課題問題を提示する。)
成績評価方法:2回の定期試験の結果を同等に評価する(70%)。試験には教科書・ノートの持込を許可しない。授業時間外の学習成果(小テストを実施)(30%)。
注意点:
履修上の注意:学年の課程修了のためには本科目の履修(欠席時間数が所定授業時間数の3分の1以下)が必須である。
履修のアドバイス:可能な限り身近な例を挙げて解説するので,あまり細かい数式の導出にとらわれすぎず,物理的意味を深く理解するように心掛ける方が良い。
基礎科目:基礎数学(全系1年),物理Ⅰ(全系1),物理Ⅱ(全系2),力学Ⅰ(全系3),力学Ⅱ(全系3),熱力学概論(全系3)
関連科目:流体工学(機械4年),熱力学(機械4),エネルギー変換工学(機械5),伝熱工学(5),流体力学(専2)等
受講上のアドバイス:予習・復習を十分にするとともに演習問題にも積極的に取り組むこと。授業時間外に復習や課題への取組を必ず行い,小テストへの準備をすること。1単位時間の半分を遅刻した場合には欠課とする。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
後期 |
3rdQ |
1週 |
ガイダンス 流体の特性とその取り扱い方 『流体の特性に関する課題』 |
流体の特性とその取り扱い方について説明ができる.
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2週 |
静止流体の力学1 〔流体に働く力と応力,圧力〕 『静止流体力学1に関する課題』 |
流体に働く力と応力,圧力に関する演習問題を解くことができる.
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3週 |
静止流体の力学2 〔重力場にある静止流体〕 『静止流体力学2に関する課題』 |
静止流体中に作用する圧力についての演習問題を解くことができる.
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4週 |
静止流体の力学3 〔相対的静止状態における力学〕 『静止流体力学3に関する課題』 |
相対的静止状態に関する演習問題を解くことができる.
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5週 |
流れとそれを表す方法1 〔流線方程式,流れを表す方法〕 |
流体の流動に関する定義を説明できる.
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6週 |
流れとそれを表す方法2 〔流体粒子の加速度,連続の式〕 |
連続の式に関する演習問題を解くことができる.
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7週 |
オイラーの運動方程式 『連続の式・オイラーの運動方程式に関する課題』 |
オイラーの運動方程式について説明ができる.
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8週 |
(前期中間試験) |
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4thQ |
9週 |
前期中間試験の返却と解答解説 ベルヌーイの定理1 |
ベルヌーイの式を使って演習問題を解くことができる.
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10週 |
ベルヌーイの定理2 『トリチェリの定理に関する課題』 |
トリチェリの定理を導出ができる.
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11週 |
ベルヌーイの定理3 『ベンチュリー管,ピトー管の課題』 |
ベンチュリ管,ピトー管についての演習問題を解くことができる.
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12週 |
流体の運動量 『運動量の法則に関する課題』 |
運動量の法則について説明ができる.
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13週 |
運動量の法則の応用 『運動量の法則に関する課題』 |
運動量の法則に関する演習問題を解くことができる.
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14週 |
角運動量の法則とその応用 |
角運動量の法則に関する演習問題を解くことができる.
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15週 |
(前期末試験)
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16週 |
前期末試験の返却と解答解説 |
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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 | 自然科学 | 物理 | 熱 | 原子や分子の熱運動と絶対温度との関連について説明できる。 | 3 | |
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。 | 3 | |
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。 | 3 | |
物体の熱容量と比熱を用いた計算ができる。 | 3 | |
動摩擦力がする仕事は、一般に熱となることを説明できる。 | 3 | |
ボイル・シャルルの法則や理想気体の状態方程式を用いて、気体の圧力、温度、体積に関する計算ができる。 | 3 | |
気体の内部エネルギーについて説明できる。 | 3 | |
熱力学第一法則と定積変化・定圧変化・等温変化・断熱変化について説明できる。 | 3 | |
エネルギーには多くの形態があり互いに変換できることを具体例を挙げて説明できる。 | 3 | |
不可逆変化について理解し、具体例を挙げることができる。 | 3 | |
熱機関の熱効率に関する計算ができる。 | 3 | |
専門的能力 | 分野別の専門工学 | 機械系分野 | 熱流体 | 熱力学で用いられる各種物理量の定義と単位を説明できる。 | 3 | |
閉じた系と開いた系、系の平衡、状態量などの意味を説明できる。 | 3 | |
熱力学の第一法則を説明できる。 | 3 | |
閉じた系と開いた系について、エネルギー式を用いて、熱、仕事、内部エネルギー、エンタルピーを計算できる。 | 3 | |
閉じた系および開いた系が外界にする仕事をp-V線図で説明できる。 | 3 | |
理想気体の圧力、体積、温度の関係を、状態方程式を用いて説明できる。 | 3 | |
定積比熱、定圧比熱、比熱比および気体定数の相互関係を説明できる。 | 3 | |
内部エネルギーやエンタルピーの変化量と温度の関係を説明できる。 | 3 | |
等圧変化、等積変化、等温変化、断熱変化、ポリトロープ変化の意味を理解し、状態量、熱、仕事を計算できる。 | 3 | |
熱力学の第二法則を説明できる。 | 3 | |
サイクルの意味を理解し、熱機関の熱効率を計算できる。 | 3 | |
カルノーサイクルの状態変化を理解し、熱効率を計算できる。 | 3 | |