流体力学

科目基礎情報

学校	一関工業高等専門学校	開講年度	令和06年度 (2024年度)
授業科目	流体力学
科目番号	0025	科目区分	専門 / 選択
授業形態	講義	単位の種別と単位数	学修単位: 2
開設学科	未来創造工学科（機械・知能系）	対象学年	4
開設期	後期	週時間数	2
教科書/教材	教：流体力学, 著者：　金原 粲，実教出版
担当教員	八戸 俊貴

到達目標

①静止流体の力学について説明し、必要な事項を算出することができる。
②流れの基本事項について説明し、必要な事項を算出することができる。
③運動量理論について説明し、必要な事項を算出することができる。
④管路内の流れと損失について説明し、必要な事項を算出することができる。
⑤物体周りの流れについて説明し、必要な事項を算出することができる。
⑥粘性流体の流動について説明し、必要な事項を算出することができる。

【教育目標】D
【キーワード】　粘性、レイノルズ数、パスカルの原理、浮力、層流と乱流、ベルヌーイの定理、マノメータ、オリフィス・ベンチュリー管、運動量理論、管摩擦係数、揚力・抗力、レイノルズの相似則

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
静止流体の力学	静止流体の力学について、他者に説明し、必要な事項を算出することができる。また具体的な事例を多く活用してより詳細な説明をすることができる。	静止流体の力学について、他者に説明し、必要な事項を算出することができる。また簡単な事例を用いて具体的な説明をすることができる。	静止流体の力学について、他者に説明し、必要な事項を算出することができない。また事例を用いた説明もできない。
流れの基本事項	流れの基本事項について、他者に説明し、必要な事項を算出することができる。また具体的な事例を多く活用してより詳細な説明をすることができる。	流れの基本事項について、他者に説明し、必要な事項を算出することができる。また簡単な事例を用いて具体的な説明をすることができる。	流れの基本事項について、他者に説明し、必要な事項を算出することができない。また事例を用いた説明もできない。
運動量理論	運動量理論について、他者に説明し、必要な事項を算出することができる。また具体的な事例を多く活用してより詳細な説明をすることができる。	運動量理論について、他者に説明し、必要な事項を算出することができる。また簡単な事例を用いて具体的な説明をすることができる。	運動量理論について、他者に説明し、必要な事項を算出することができない。また事例を用いた説明もできない。
管路内の流れと損失	管路内の流れと損失について、他者に説明し、必要な事項を算出することができる。また具体的な事例を多く活用してより詳細な説明をすることができる。	管路内の流れと損失について、他者に説明し、必要な事項を算出することができる。また簡単な事例を用いて具体的な説明をすることができる。	管路内の流れと損失について、他者に説明し、必要な事項を算出することができない。また事例を用いた説明もできない。
物体周りの流れ	物体周りの流れについて、他者に説明し、必要な事項を算出することができる。また具体的な事例を多く活用してより詳細な説明をすることができる。	物体周りの流れについて、他者に説明し、必要な事項を算出することができる。また簡単な事例を用いて具体的な説明をすることができる。	物体周りの流れについて、他者に説明し、必要な事項を算出することができない。また事例を用いた説明もできない。
粘性流体の流動	粘性流体の流動について、他者に説明し、必要な事項を算出することができる。また具体的な事例を多く活用してより詳細な説明をすることができる。	粘性流体の流動について、他者に説明し、必要な事項を算出することができる。また簡単な事例を用いて具体的な説明をすることができる。	粘性流体の流動について、他者に説明し、必要な事項を算出することができない。また事例を用いた説明もできない。

学科の到達目標項目との関係

 教育目標 D （継続的に努力する姿勢とさかんな研究心をもつ技術者）

教育方法等

概要:

現実の「流れ」は３次元かつ非定常現象であるが、バランスに着目すると１次元定常現象として説明できることが多い。本授業ではそのような近似を前提に、流れを支配する物理的原理を理解し、実験的・理論的の両面から説明できるようになることを目標とする。さらに、工学的な問題演習を通じて技術者に必要な計算能力を身に着ける。

授業の進め方・方法:

教科書の該当部分における説明および問題演習の解説を中心に進める。

注意点:

【事前学習】
「授業項目」に対応する教科書の内容を事前に読んでおくこと。また、前回の授業部分を復習しておくこと。

【注意点】
授業資料や演習問題の解説などの資料についてMoodleを活用することになるため、Moodleの利用について熟知しておくこと。

【評価方法・評価基準】
・試験の結果(100%)で評価する
・自学自習をして自己学習レポートを提出すること。自己学習レポートの未提出が，4分の1 を超える場合は不合格点とする。

授業の属性・履修上の区分

ICT 利用

必履修

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
後期
	3rdQ
		1週	ガイダンス、流体の基本的な性質１	流体力学の定義と力学的な取り扱い、関係する物理量（単位、密度、比重等）を理解した上で活用できる。
		2週	流体の基本的な性質２	圧縮性、表面張力、粘性、粘性流れ、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、流体の性質を示す各種物理量の定義と単位それぞれについて理解し、説明できる。
		3週	静止流体の力学１	流体に作用する力と応力、圧力の単位、パスカルの原理それぞれについて理解し、説明できる。また絶対圧とゲージ圧、マノメータによる圧力についてはそれらを算出することができる。
		4週	静止流体の力学２	全圧力と圧力中心、浮力それぞれについて理解し、説明できる。また算出することができる。
		5週	流れの基本事項１	流速、流量、定常流れ、非定常流れ、流線、流管、レイノルズ数、臨界レイノルズ数、層流、乱流、オイラーの運動方程式それぞれについて理解し、説明できる。
		6週	流れの基本事項２	連続の式、ベルヌーイの定理、ベルヌーイの式それぞれについて理解し、それらを用いた計算をすることができる。
		7週	流れの基本事項３	流体の速度、流量の測定、オリフィス、ベンチュリそれぞれについて理解し、説明できる。
		8週	中間試験
	4thQ
		9週	運動量理論	運動量理論、流体が各種物体に作用する力それぞれについて理解し、説明できる。さらにそれらを用いた計算をすることができる。
		10週	管路内の流れと損失	境界層、管摩擦損失、ダルシーワイズバッハの式、管路における各種の損失、ムーディ線図の取り扱いそれぞれについて理解し、説明できる。さらにそれらを用いた計算をすることができる。
		11週	物体周りの流れ１	流れの中に置かれた物体に作用する力について理解し、説明できる。
		12週	物体周りの流れ２	抗力、抗力係数、後流それぞれについて理解し、説明できる。さらに、抗力、抗力係数についてはそれらを用いた計算をすることができる。
		13週	物体周りの流れ３	揚力、揚力係数、翼型理論、流れのはく離それぞれについて理解し、説明できる。さらに、揚力、揚力係数についてはそれらを用いた計算をすることができる。
		14週	粘性流体の流動	ナビエ・ストークス方程式、境界層、Reの相似則それぞれについて理解し、説明できる。さらに、Reの相似則を用いた計算をすることができる。
		15週	期末試験
		16週	授業のまとめ	学修内容を振り返り、流体工学等への応用を考えることができる

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	後1
				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	後2
				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	後2
				絶対圧力およびゲージ圧力を説明できる。	4	後3
				パスカルの原理を説明できる。	4	後3
				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	後3
				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	後4
				物体に作用する浮力を計算できる。	4	後4
				定常流と非定常流の違いを説明できる。	4	後5
				流線と流管の定義を説明できる。	4	後5
				連続の式を理解し、諸問題の流速と流量を計算できる。	4	後6
				オイラーの運動方程式を説明できる。	4	後5
				ベルヌーイの式を理解し、流体の諸問題に適用できる。	4	後6
				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	後9
				層流と乱流の違いを説明できる。	4	後5
				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	後5
				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	後10
				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	後10
				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	後10,後14
				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	後12
				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	後13

評価割合

	中間試験	期末試験	合計
総合評価割合	50	50	100
定期試験	50	50	100