1. 流体の性質について説明でき,流体の物性値を使い分けた計算ができる。
2. ポテンシャル流れの重ね合わせについて説明でき,その諸量を計算ができる。
3. 流れにおける流体の粘性の影響について説明でき,その諸量を計算ができる。
概要:
流体力学Ⅰ,Ⅱで学習した流れの知識を踏まえ,粘性流れで扱われるレイノルズ数を学び,円柱まわりや円管内の粘性流れを取り上げ,流体の粘性が流れに及ぼす影響を学習する。次に,粘性と圧縮性を考慮した流れの運動方程式であるナビエ・ストークス方程式の各項の詳細について学び,扱う流れに応じてナビエ・ストークス方程式を変形し,数学的に解くことを学習する。
授業の進め方・方法:
流体力学Ⅰ,Ⅱで習得した流体力学の知識を元に,外部流れおよび内部流れにおける流体の粘性の影響の解説と,粘性流れに関する基礎式の導出について講義を行う。また,適宜,例題と類似の演習問題を解かせ,必要に応じてレポート提出を課す。
注意点:
・総時間数45時間(自学自習15時間)
・自学自習時間(15時間)は,日常の授業(30時間)に対する予習復習,レポート課題の回答作成時間,試験のための学習時間を総合したものとする。
・評価については,合計点数が60点以上で単位修得となる。その場合,各到達目標項目の到達レベルが標準以上であることが認められる。
・予習復習の成果を確認するために,学習ノートの提出を求めることがある。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
前期 |
1stQ |
1週 |
1.ポテンシャル流れの重ね合わせ① |
・簡単なポテンシャル流れの重ね合わせにより,複雑なポテンシャル流れを扱うことができる。
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2週 |
1.ポテンシャル流れの重ね合わせ② |
・簡単なポテンシャル流れの重ね合わせにより,複雑なポテンシャル流れを扱うことができる。
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3週 |
1.ポテンシャル流れの重ね合わせ③ 2.粘性流体流れの基礎 (1)粘性流れに作用する力とその条件 |
・簡単なポテンシャル流れの重ね合わせにより,複雑なポテンシャル流れを扱うことができる。 ・粘性流れに作用する力とその条件に ついて説明することができる。
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4週 |
(2)レイノルズ数と流れとの関係 |
・レイノルズ数と流れとの関係について説明することができる。
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5週 |
(3)円柱まわりの粘性流れ① |
・円柱まわりの粘性流れの性質について説明し,各種諸量を求めることができる。
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6週 |
(3)円柱まわりの粘性流れ② |
・円柱まわりの粘性流れの性質について説明し,各種諸量を求めることができる。
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7週 |
(3)円柱まわりの粘性流れ③ (4)円管内の粘性流れ① 次週,中間試験を実施する |
・円柱まわりの粘性流れの性質について説明し,各種諸量を求めることができる。 ・円管内の粘性流れの性質について説明し,各種諸量を求めることができる。 次週,中間試験を実施する
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8週 |
中間試験 |
・学んだ知識の確認ができる。
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2ndQ |
9週 |
答案返却および解説 (4)円管内の粘性流れ② |
・学んだ知識の再確認および修正ができる。 ・円管内の粘性流れの性質について説明し,各種諸量を求めることができる。 ・円管内の粘性流れの性質について説明し,各種諸量を求めることができる。
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10週 |
(4)円管内の粘性流れ③ |
・円管内の粘性流れの性質について説明し,各種諸量を求めることができる。
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11週 |
3.粘性流れの基礎方程式 (1)連続の式 |
・圧縮性流れおよび非圧縮性流れの連続の式を導くことができる。
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12週 |
(2)ナビエ・ストークス方程式① |
・流体粒子に作用する粘性力について説明し,ナビエ・ストークス方程式を導くことができる。
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13週 |
(2)ナビエ・ストークス方程式② |
・流体粒子に作用する粘性に伴う応力について説明し,ナビエ・ストークス方程式を導くことができる。
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14週 |
(3)基礎方程式の簡略化と厳密解① |
・基礎方程式の簡略化ができ,厳密解を求めることができる。
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15週 |
(3)基礎方程式の簡略化と厳密解② |
・基礎方程式の簡略化ができ,厳密解を求めることができる。
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16週 |
期末試験 |
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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 |
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 | 前1,前2,前3,前8,前11,前12,前13,前14,前15,前16 |
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 | 前1,前2,前3,前8,前11,前12,前13,前16 |
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 | 前3,前4,前8,前12,前13,前16 |
定常流と非定常流の違いを説明できる。 | 3 | 前11,前12,前13,前14,前15,前16 |
流線と流管の定義を説明できる。 | 4 | 前11,前12,前13,前14,前15,前16 |
連続の式を理解し、諸問題の流速と流量を計算できる。 | 4 | 前11,前14,前15,前16 |
オイラーの運動方程式を説明できる。 | 4 | 前12,前13,前14,前15,前16 |
ベルヌーイの式を理解し、流体の諸問題に適用できる。 | 4 | |
層流と乱流の違いを説明できる。 | 4 | 前4,前5,前6,前7,前8,前9,前10,前16 |
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 | 前4,前5,前6,前7,前8,前9,前10,前16 |
ダルシー・ワイスバッハの式を用いて管摩擦損失を計算できる。 | 4 | 前7,前8,前9,前10,前16 |
ムーディー線図を用いて管摩擦係数を求めることができる。 | 4 | 前9,前10,前16 |
境界層、はく離、後流など、流れの中に置かれた物体の周りで生じる現象を説明できる。 | 4 | 前5,前6,前7,前8 |
抗力について理解し、抗力係数を用いて抗力を計算できる。 | 4 | 前5,前6,前7,前8 |
揚力について理解し、揚力係数を用いて揚力を計算できる。 | 4 | 前5,前6,前7,前8 |