工業熱力学Ⅱ

科目基礎情報

学校 秋田工業高等専門学校 開講年度 2018
授業科目 工業熱力学Ⅱ
科目番号 0038 科目区分 専門 / 必修
授業形態 授業 単位の種別と単位数 履修単位: 1
開設学科 機械工学科 対象学年 4
開設期 後期 週時間数 後期:2
教科書/教材 教科書:「例題で分かる伝熱工学」 平田哲夫 田中誠 熊野寛之 共著 森北出版
担当教員 齊藤 亜由子,田子 真

到達目標

1.熱の移動形態について理解できる.
2.定常状態での伝熱について理解し,種々の定常熱伝導問題を解くことができる.
3.非定常状態での伝熱について理解し,物体の温度が時間とともに変化する様子が理解できる.
4.対流熱伝達について理解し,熱伝達に関する基礎方程式を説明できる.
5.自然対流,沸騰・ふく射伝熱について理解できる.

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伝熱の3種の形態について理解し,それぞれの概要を説明できる.熱に関する現象を,伝熱の形態を用いて説明できる.伝熱の3種の形態とそれぞれの概要について理解できる.伝熱の3種の形態とそれぞれの概要について理解できない.
評価項目2熱伝導方程式を導出することができる.さらに,定常状態での伝熱について理解し,種々の定常熱伝導問題を解くことができる.熱伝導方程式と定常状態での伝熱について理解し,種々の定常熱伝導問題を解くことができる.定常状態での伝熱について理解できない.
評価項目3非定常状態における伝熱を理解し,熱伝導方程式を用いて,物体の温度が時間とともに変化する様子を説明できる.非定常状態における伝熱について,物体の温度が時間とともに変化する様子を説明できる.非定常状態における伝熱について理解できない.
評価項目4対流熱伝達について理解し,特に強制対流熱伝達におけるスケール解析により,速度境界層,温度境界層を導出することができる.対流熱伝達について理解し,速度境界層,温度境界層に関する計算問題を解くことができる.対流熱伝達について理解できない.
評価項目5自然対流熱伝達について理解し,スケール解析によりヌッセルト数を導出することができる. 沸騰・ふく射伝熱について説明できる.自然対流熱伝達について理解できる. 沸騰・ふく射伝熱について説明できる.自然対流,沸騰・ふく射伝熱について理解できない.

学科の到達目標項目との関係

教育方法等

概要:
熱移動に関する基本法則を理解し,伝熱の基本問題を解くことにより,エネルギー問題の解析や熱機器の設計ができる基本的能力を習得する.
授業の進め方・方法:
講義形式で行う.
講義中に,専門用語の意味や関連する問題を口頭で問う(順番にあてる)ことがある.
レポートやノートの提出を求めることがある.
試験結果が合格点に達しない場合,再試験を行うことがある.
注意点:
評価方法:以下の評価式で60点以上を合格とする.
評価式 = {(到達度試験 中間)/2 +(到達度試験 期末)/2 } × 0.8 + {(小テストの合計点)/小テストの回数 } × 0.2
*到達度試験 中間・期末,および各小テストの満点は100点とする.

(授業を受ける前)小テストに備えて前週の復習をすること.(自学自習時間 30分)
(授業を受けた後)小テストで間違えた箇所を中心に復習すること.(自学自習時間 30分)

授業計画

授業内容 週ごとの到達目標
後期
3rdQ
1週 ・ガイダンス
1.伝熱概論
・授業の進め方,評価方法について理解できる.
・熱の移動形態を理解できる.
2週 2.定常熱伝導
(1) 熱伝導方程式の導出
(2) 平板の定常熱伝導問題
・一次元の熱伝導方程式について理解できる.
・フーリエの法則を用いて,平板の定常熱伝導問題を解くことができる.
3週 (3) 複層板の定常熱伝導問題 ・フーリエの法則を用いて,複層板の定常熱伝導問題を解くことができる.
4週 (4) 円環の定常熱伝導問題 ・フーリエの法則を用いて,円環の定常熱伝導問題を解くことができる.
5週 (5) 内部発熱がある定常熱伝導問題 ・フーリエの法則を用いて,内部発熱がある定常熱伝導問題を解くことができる.
6週 3. 非定常熱伝導
演習問題①
・ニュートンの冷却法則を用いて微小物体の温度が時間とともに変化する様子を理解できる.
・熱伝導方程式を用いて,各種定常熱伝導問題を解くことができる.
7週 到達度試験(後期中間) ・上記項目について学習した内容の理解度を確認する.
8週 試験の解説 到達度試験(後期中間)の解答について理解する.
4thQ
9週 4. 強制対流熱伝達
(1) 支配方程式の導出
・流束の中にある物体の熱伝達に関する支配方程式を理解することができる.
10週 (2) 速度境界層と温度境界層 ・流れ場に関する支配方程式を用いて,速度境界層と温度境界層についてスケール解析を行うことができる.
11週 (3) 層流熱伝達 ・速度境界層と温度境界層の大小関係について場合分けし,ヌッセルト数を導出することができる.
12週 5. 自然対流熱伝達 ・浮力項を考慮した支配方程式を用いてスケール解析し,ヌッセルト数を導出することができる.
13週 6. 沸騰・ふく射伝熱の概要 ・遮熱板による放射伝熱量の提言効果について理解できる.
・沸騰現象について理解できる.
14週 演習問題② ・強制・自然対流熱伝達,沸騰・ふく射伝熱に関する各種問題を解くことができる.
15週 到達度試験(後期期末) ・上記項目について学習した内容の理解度を確認する.
16週 試験の解説 到達度試験(後期期末)の解答について理解する.

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
基礎的能力数学数学数学整式の加減乗除の計算や、式の展開ができる。4
因数定理等を利用して、4次までの簡単な整式の因数分解ができる。4
分数式の加減乗除の計算ができる。4
実数・絶対値の意味を理解し、絶対値の簡単な計算ができる。4
平方根の基本的な計算ができる(分母の有理化も含む)。4
複素数の相等を理解し、その加減乗除の計算ができる。4
解の公式等を利用して、2次方程式を解くことができる。4
因数定理等を利用して、基本的な高次方程式を解くことができる。4
簡単な連立方程式を解くことができる。4
無理方程式・分数方程式を解くことができる。4
1次不等式や2次不等式を解くことができる。4
恒等式と方程式の違いを区別できる。4
2次関数の性質を理解し、グラフをかくことができ、最大値・最小値を求めることができる。4
分数関数や無理関数の性質を理解し、グラフをかくことができる。4
簡単な場合について、関数の逆関数を求め、そのグラフをかくことができる。4
累乗根の意味を理解し、指数法則を拡張し、計算に利用することができる。3
指数関数の性質を理解し、グラフをかくことができる。3
指数関数を含む簡単な方程式を解くことができる。3
対数の意味を理解し、対数を利用した計算ができる。3
対数関数の性質を理解し、グラフをかくことができる。3
対数関数を含む簡単な方程式を解くことができる。3
角を弧度法で表現することができる。3
三角関数の性質を理解し、グラフをかくことができる。3
加法定理および加法定理から導出される公式等を使うことができる。3
三角関数を含む簡単な方程式を解くことができる。3
2点間の距離を求めることができる。3
内分点の座標を求めることができる。3
2つの直線の平行・垂直条件を利用して、直線の方程式を求めることができる。3
簡単な場合について、円の方程式を求めることができる。3
積の法則と和の法則を利用して、簡単な事象の場合の数を数えることができる。3
簡単な場合について、順列と組合せの計算ができる。3
等差数列・等比数列の一般項やその和を求めることができる。3
総和記号を用いた簡単な数列の和を求めることができる。3
不定形を含むいろいろな数列の極限を求めることができる。3
無限等比級数等の簡単な級数の収束・発散を調べ、その和を求めることができる。3
ベクトルの定義を理解し、ベクトルの基本的な計算(和・差・定数倍)ができ、大きさを求めることができる。3
平面および空間ベクトルの成分表示ができ、成分表示を利用して簡単な計算ができる。3
平面および空間ベクトルの内積を求めることができる。3
問題を解くために、ベクトルの平行・垂直条件を利用することができる。3
空間内の直線・平面・球の方程式を求めることができる(必要に応じてベクトル方程式も扱う)。3
行列の定義を理解し、行列の和・差・スカラーとの積、行列の積を求めることができる。3
逆行列の定義を理解し、2次の正方行列の逆行列を求めることができる。3
行列式の定義および性質を理解し、基本的な行列式の値を求めることができる。3
線形変換の定義を理解し、線形変換を表す行列を求めることができる。3
合成変換や逆変換を表す行列を求めることができる。3
平面内の回転に対応する線形変換を表す行列を求めることができる。3
簡単な場合について、関数の極限を求めることができる。3
微分係数の意味や、導関数の定義を理解し、導関数を求めることができる。3
積・商の導関数の公式を用いて、導関数を求めることがができる。3
合成関数の導関数を求めることができる。3
三角関数・指数関数・対数関数の導関数を求めることができる。3
逆三角関数を理解し、逆三角関数の導関数を求めることができる。3
関数の増減表を書いて、極値を求め、グラフの概形をかくことができる。3
極値を利用して、関数の最大値・最小値を求めることができる。3
簡単な場合について、関数の接線の方程式を求めることができる。3
2次の導関数を利用して、グラフの凹凸を調べることができる。3
関数の媒介変数表示を理解し、媒介変数を利用して、その導関数を求めることができる。3
不定積分の定義を理解し、簡単な不定積分を求めることができる。3
置換積分および部分積分を用いて、不定積分や定積分を求めることができる。3
定積分の定義と微積分の基本定理を理解し、簡単な定積分を求めることができる。3
分数関数・無理関数・三角関数・指数関数・対数関数の不定積分・定積分を求めることができる。3
簡単な場合について、曲線で囲まれた図形の面積を定積分で求めることができる。3後15
簡単な場合について、曲線の長さを定積分で求めることができる。3
簡単な場合について、立体の体積を定積分で求めることができる。3
2変数関数の定義域を理解し、不等式やグラフで表すことができる。3
合成関数の偏微分法を利用して、偏導関数を求めることができる。3
簡単な関数について、2次までの偏導関数を求めることができる。3
偏導関数を用いて、基本的な2変数関数の極値を求めることができる。3
2重積分の定義を理解し、簡単な2重積分を累次積分に直して求めることができる。3
極座標に変換することによって2重積分を求めることができる。3
2重積分を用いて、簡単な立体の体積を求めることができる。3
微分方程式の意味を理解し、簡単な変数分離形の微分方程式を解くことができる。3
簡単な1階線形微分方程式を解くことができる。3
定数係数2階斉次線形微分方程式を解くことができる。3
独立試行の確率、余事象の確率、確率の加法定理、排反事象の確率を理解し、簡単な場合について、確率を求めることができる。3
条件付き確率、確率の乗法定理、独立事象の確率を理解し、簡単な場合について確率を求めることができる。3
1次元のデータを整理して、平均・分散・標準偏差を求めることができる。3
自然科学物理力学速度と加速度の概念を説明できる。3
専門的能力分野別の専門工学機械系分野熱流体流体の定義と力学的な取り扱い方を理解し、適用できる。3
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。3
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。3
絶対圧力およびゲージ圧力を説明できる。3
パスカルの原理を説明できる。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。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。3
物体に作用する浮力を計算できる。3
定常流と非定常流の違いを説明できる。3
流線と流管の定義を説明できる。3
連続の式を理解し、諸問題の流速と流量を計算できる。3
オイラーの運動方程式を説明できる。3
ベルヌーイの式を理解し、流体の諸問題に適用できる。3
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。3
層流と乱流の違いを説明できる。3
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。3
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。3
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。3
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。3
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。3
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。3
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
エントロピーの定義を理解し、可逆変化および不可逆変化におけるエントロピーの変化を説明できる。3
サイクルをT-s線図で表現できる。3
分野横断的能力態度・志向性(人間力)態度・志向性態度・志向性周囲の状況と自身の立場に照らし、必要な行動をとることができる。3
自らの考えで責任を持ってものごとに取り組むことができる。3
目標の実現に向けて計画ができる。3
目標の実現に向けて自らを律して行動できる。3
日常の生活における時間管理、健康管理、金銭管理などができる。3
社会の一員として、自らの行動、発言、役割を認識して行動できる。3
チームで協調・共同することの意義・効果を認識している。3
チームで協調・共同するために自身の感情をコントロールし、他者の意見を尊重するためのコミュニケーションをとることができる。3
当事者意識をもってチームでの作業・研究を進めることができる。3
チームのメンバーとしての役割を把握した行動ができる。3
リーダーがとるべき行動や役割をあげることができる。3
適切な方向性に沿った協調行動を促すことができる。3
リーダーシップを発揮する(させる)ためには情報収集やチーム内での相談が必要であることを知っている3
法令やルールを遵守した行動をとれる。3
他者のおかれている状況に配慮した行動がとれる。3
技術が社会や自然に及ぼす影響や効果を認識し、技術者が社会に負っている責任を挙げることができる。3
自身の将来のありたい姿(キャリアデザイン)を明確化できる。3
その時々で自らの現状を認識し、将来のありたい姿に向かっていくために現状で必要な学習や活動を考えることができる。3
キャリアの実現に向かって卒業後も継続的に学習する必要性を認識している。3
これからのキャリアの中で、様々な困難があることを認識し、困難に直面したときの対処のありかた(一人で悩まない、優先すべきことを多面的に判断できるなど)を認識している。3
高専で学んだ専門分野・一般科目の知識が、企業や大学等でどのように活用・応用されるかを説明できる。3
企業等における技術者・研究者等の実務を認識している。3
企業人としての責任ある仕事を進めるための基本的な行動を上げることができる。3
企業における福利厚生面や社員の価値観など多様な要素から自己の進路としての企業を判断することの重要性を認識している。3
企業には社会的責任があることを認識している。3
企業が国内外で他社(他者)とどのような関係性の中で活動しているか説明できる。3
調査、インターンシップ、共同教育等を通して地域社会・産業界の抱える課題を説明できる。3
企業活動には品質、コスト、効率、納期などの視点が重要であることを認識している。3
社会人も継続的に成長していくことが求められていることを認識している。3
技術者として、幅広い人間性と問題解決力、社会貢献などが必要とされることを認識している。3
技術者が知恵や感性、チャレンジ精神などを駆使して実践な活動を行った事例を挙げることができる。3
高専で学んだ専門分野・一般科目の知識が、企業等でどのように活用・応用されているかを認識できる。3
企業人として活躍するために自身に必要な能力を考えることができる。3
コミュニケーション能力や主体性等の「社会人として備えるべき能力」の必要性を認識している。3

評価割合

到達度試験小テスト相互評価態度ポートフォリオその他合計
総合評価割合80200000100
基礎的能力80200000100
専門的能力0000000
分野横断的能力0000000