到達目標
1. 流体工学で使用する密度・比重などの物理量の意味を理解し,計算ができる.粘性と圧縮性の性質を理解し,粘度・動粘度・表面張力係数・圧縮率・体積弾性係数などの物理量の意味を理解し,粘性力や毛管現象に関する計算,状態方程式を用いた計算ができる.流体モデルの意味を理解できる.
2. 静止流体に働く力を求めるにあたり静水圧平衡の式,マノメータによる圧力測定方法を理解し,計算ができる.パスカルの原理・アルキメデスの原理を理解し、静止流体中にある固定壁に作用する全圧力・圧力中心の計算ができ、浮揚体の安定性について説明できる.ダ・ランベールの原理を理解し、計算ができる.
3. 理想流体の運動として,質量保存則の意味を理解し,連続の式を使って計算できる.
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 | 基本的性質である粘性と圧縮性を十分に理解・考慮した上で,液体と気体の流動に関連した各種の物理量を用いた計算ができる. | 粘性と圧縮性の性質を考慮した上で,液体と気体の流動に関連した各種の物理量を用いた計算ができる. | 粘性と圧縮性の性質を理解できず,液体と気体の流動に関連した各種の物理量の意味ができていない. |
評価項目2 | 圧力の3大性質を十分に理解し,マノメータを用いて」静圧の値や静止液体中の壁に働く全圧力・圧力の中心を十分に計算で求めることができる. | 圧力の3大性質を理解し,マノメータを用いて静圧の値や静止液体中の壁に働く全圧力・圧力の中心を計算で求めることができる.浮揚体の安定性について説明できる. | マノメータを用いて静圧の値や静止液体中の壁に働く全圧力・圧力の中心を計算で求めることができない.浮揚体の安定性を理解していない. |
評価項目3 | 浮揚体の安定性やだダランベールの原理について説明できる. | 浮力中心、重心位置をもとに浮揚体の安定を判定できる.ダランベール原理を用いて計算できる. | 浮揚体安定性・ダランベールの原理が理解できず計算できない. |
評価項目4 | 質量保存則について理解し、説明できる. | 連続の式を使って体積流量や質量流量の計算ができる. | 体積流量や質量流量の計算ができない. |
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
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教育方法等
概要:
流体の運動である流れを力学的に取り扱う科学技術の分野は極めて広く多岐にわたっている.本講義では,流体現象の基礎的な知識・考え方を修得して,実際の流体が及ぼす力の作用が理解でき,応用・展開が図れる能力の育成を目的とする.第4学年前半では,流体工学の基礎である流体の基本的性質,静止流体の力学,そして,理想流体の運動を理解し,各種関係式を用いて計算できる事を主な目的とする.
授業の進め方・方法:
流体工学の基礎的事項である流体の基本的性質や静止流体の力学をしっかりと理解することが重要である.その上で、各種保存則から導かれる各種方程式の物理的な意味や応用力を養う.理解を深めるため,適宜,簡易な器具を用いての机上実験や実例解説,さらには演習問題を例示しながら講義を進める.
注意点:
関連科目:
エネルギー基礎力学.応用物理などとの関連が深い.
学習指針:
数学的な取扱いも多いが,各自の様々な経験や身近な体験を通して説明できるまで理解することが重要である.
自己学習:
目標を達成するためには,授業以外にも下記の補助教材・参考書を適宜使用し復習に努めるとともに理解を深める必要がある.関連する図書も参考に自学・自習すること.
事前学習:講義資料は事前に閲覧が可能です。適宜、活用してください。講義中は集中して受講してください。
事後展開学習:演習問題を自分で解くことが重要です。また、不明な点があれば、教員に質問することが大事です。
学修単位の履修上の注意
章末問題および他に提供する各章毎の問題(プリント)を講義で説明した後に各自自分で解くことが必要である。解らない場合には、教員に聞きに来るようにしてください。テストでは全く同じ問題は出さないが、同程度の問題を出すようにしています。
授業の属性・履修上の区分
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 |
流体工学とは(総論) |
流体工学の意義・目的を理解し,説明できる.
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2週 |
流体の物理的性質(1) |
SI単位系を理解する.密度,比重の物理的な意味を理解し,計算ができる.
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3週 |
流体の物理的性質(2) |
粘性の性質を理解し、ニュートンの粘性法則を使ってせん断応力の計算ができる.
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4週 |
流体の物理的性質(3) |
ニュートン流体・非ニュートン流体の違い、粘度・動粘度の意味を理解し、計算ができる.
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5週 |
流体の物理的性質(4) |
圧縮性の性質を理解し、圧縮率と体積弾性係数の計算ができる.
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6週 |
流体の物理的性質(5) |
気体の状態方程式を理解し,計算ができる.
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7週 |
流体の物理的性質(6) |
表面張力の意味を理解し、毛管現象の計算ができる.流体のモデル化について理解でき、説明できる.
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8週 |
前期中間試験 |
授業内容を理解し,試験問題に正しく解答することができる.
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2ndQ |
9週 |
静止流体の力学(1)
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圧力の意味を理解し、大気圧、ゲージ圧、絶対圧の計算ができる.
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10週 |
静止流体の力学(2) |
静水圧平衡の式を理解し、圧力ヘッドの計算ができる.
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11週 |
静止流体の力学(3) |
液柱計(マノメータ)の原理を理解し、U字管マノメータ、傾斜微圧計による圧力の計算ができる.
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12週 |
静止流体の力学(4) |
パスカルの原理・アルキメデスの原理を理解し、圧力の等方性・等方静水圧の意味を理解できる.
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13週 |
静止流体の力学(5) |
静止液中の壁面に働く力のうち平面壁に作用する全圧力・圧力の中心を計算できる.
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14週 |
静止流体の力学(6) |
静止液中の壁面に働く力のうち曲面壁に作用する全圧力・圧力の中心を計算できる.
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15週 |
静止流体の力学(7) |
浮揚体の安定性・ダランベールの原理について理解し、計算できる.
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16週 |
前期末試験 |
授業内容を理解し,試験問題に正しく解答することができる.
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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 |
専門的能力 | 分野別の専門工学 | 機械系分野 | 熱流体 | 流体の定義と力学的な取り扱い方を理解し、適用できる。 | 4 | |
流体の性質を表す各種物理量の定義と単位を理解し、適用できる。 | 4 | |
ニュートンの粘性法則、ニュートン流体、非ニュートン流体を説明できる。 | 4 | |
絶対圧力およびゲージ圧力を説明できる。 | 4 | |
パスカルの原理を説明できる。 | 4 | |
液柱計やマノメーターを用いた圧力計測について問題を解くことができる。 | 4 | |
平面や曲面に作用する全圧力および圧力中心を計算できる。 | 4 | |
物体に作用する浮力を計算できる。 | 4 | |
定常流と非定常流の違いを説明できる。 | 4 | |
流線と流管の定義を説明できる。 | 4 | |
連続の式を理解し、諸問題の流速と流量を計算できる。 | 4 | |
オイラーの運動方程式を説明できる。 | 4 | |
ベルヌーイの式を理解し、流体の諸問題に適用できる。 | 4 | |
運動量の法則を理解し、流体が物体に及ぼす力を計算できる。 | 4 | |
層流と乱流の違いを説明できる。 | 4 | |
レイノルズ数と臨界レイノルズ数を理解し、流れの状態に適用できる。 | 4 | |
評価割合
| 試験 | 演習レポート | 授業態度など | 合計 |
総合評価割合 | 70 | 20 | 10 | 100 |
基礎的能力 | 40 | 10 | 10 | 60 |
専門的能力 | 30 | 10 | 0 | 40 |
分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 |