流体の力学

Course Information

College	Anan College	Year	2020
Course Title	流体の力学
Course Code	5396M01	Course Category	AE / Elective
Class Format		Credits	Academic Credit: 2
Department	Course of Electronics and Information Engineering	Student Grade	Adv. 1st
Term	First Semester	Classes per Week	2
Textbook and/or Teaching Materials	SI版　流体力学（基礎と演習）（パワー社）
Instructor	Okita Yuji

Course Objectives

１．流体運動の基礎方程式を理解し、ポテンシャル流れの計算ができる。
２．直交座標系におけるナビエ・ストークス方程式からクエット流れの厳密解を求めることができる。
３．円筒座標系におけるナビエ・ストークス方程式からハーゲン・ポアズイユ流れの厳密解を求めることができる。
４．層流境界層と乱流境界層の違いについて説明できる。
５．層流境界層の基礎式を理解し、運動方程式の無次元について説明できる。

Rubric

	理想的な到達レベル	標準的な到達レベル	最低限の到達のレベル
到達目標1	流体運動の基礎方程式を理解し、ポテンシャル流れの条件、および解法について説明できる。	流体運動の基礎方程式を理解し、ポテンシャル流れの計算ができる。	流体運動の基礎方程式を理解し、問題をを解くことができる。
到達目標2	直交座標系のナビエ・ストークス方程式からクエット流れやそれ以外の流れの厳密解を求めることができる。	直交座標系におけるナビエ・ストークス方程式からクエット流れの厳密解を求めることができる。	直交座標系におけるナビエ・ストークス方程式からクエット流れの微分方程式をを導出できる。
到達目標3	円筒座標系のナビエ・ストークス方程式からハーゲン・ポアズイユ流れや他の流れの厳密解を求めることができる。	円筒座標系のナビエ・ストークス方程式からハーゲン・ポアズイユ流れの厳密解を求めることができる。	円筒座標系のナビエ・ストークス方程式からハーゲン・ポアズイユ流れの美部分方程式を導出できる。
到達目標4	層流境界層と乱流境界層の違いについて説明でき、実際の問題に適用できる。	層流境界層と乱流境界層の違いについて説明できる。	層流境界層と乱流境界層について説明できる。
到達目標5	層流境界層の基礎式について理解し、運動方程式の無次元およびその導出について説明できる。	層流境界層の基礎式について理解し、運動方程式の無次元について説明できる。	層流境界層の基礎式について理解し問題を解くことができる。

Teaching Method

Outline:

本講義では、流体運動の理論的な取り扱いについて学ぶことを主な内容とする。流体は、固体と違って、自由に変形することを大きな特徴としている。流体運動の取り扱いには、その流体の変形を詳しく記述することが重要であり、流体運動を理論的に表すための基礎となる。そのため、まずは完全流体での「流体運動の基礎方程式」を取り上げる。その後、粘性のある流体の運動方程式である「ナビエ・ストークス方程式」について説明し、種々の厳密解について理解することを目的とする。また、層流境界層と乱流境界層の違いについて理解し、層流境界層の基礎式について理解することを目的とする。

Style:

講義形式を主体とし、適宜演習問題を解きながら授業を行う。

Notice:

主として二次元流れを理論的に解析する「流体の力学」と、主として一次元流れを経験的に取り扱う「水力学」や「水理学」との相違点に着目して欲しい。レポートの提出が遅れた場合，減点となるので注意して下さい。
参考書：道具としての流体力学（日本実業出版社）　平総書店

Course Plan

			Theme	Goals
1st Semester
	1st Quarter
		1st	流体運動の基礎方程式	連続の式について説明できる。
		2nd	流体運動の基礎方程式	渦無しの条件について説明できる。
		3rd	流体運動の基礎方程式	非圧縮非粘性流体の運動方程式について説明できる。
		4th	流体運動の基礎方程式	非圧縮非粘性流体に関するベルヌーイの定理を導出することができる。
		5th	ナビエ・ストークス方程式（直交座標系）	ナビエ・ストークス方程式からクエット流れの厳密解を求めることができる。
		6th	ナビエ・ストークス方程式（直交座標系）	クエット流れについて、種々の条件による速度分布を求めることができる。
		7th	ナビエ・ストークス方程式（直交座標系）	ナビエ・ストークス方程式からレイリー問題について微分方程式を誘導できる。
		8th	ナビエ・ストークス方程式（直交座標系）	ナビエ・ストークス方程式からレイリー問題の厳密解を求めることができる。
	2nd Quarter
		9th	中間試験
		10th	ナビエ・ストークス方程式（円筒座標系）	ナビエ・ストークス方程式からハーゲン・ポアズイユ流れの厳密解を求めることができる。
		11th	境界層	層流境界層と乱流境界層について説明できる。
		12th	境界層	層流境界層の連続の式を導出することができる。
		13th	境界層	層流境界層の運動方程式を導出することができる。
		14th	境界層	ナビエ･ストークス方程式を無次元化しレイノルズ数を導出することができる。
		15th	境界層	オーダー評価を用いて層流境界層の運動方程式を導出することができる。
		16th	期末試験

Evaluation Method and Weight (%)

	定期試験	小テスト	レポート・課題	発表	その他	Total
Subtotal	70	0	30	0	0	100
基礎的能力	0	0	0	0	0	0
専門的能力	70	0	30	0	0	100
分野横断的能力	0	0	0	0	0	0