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.
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週 |
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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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4thQ |
9週 |
4. 強制対流熱伝達 (1) 支配方程式の導出
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・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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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。 | 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。 | 1 | |
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。 | 1 | |
絶対圧力およびゲージ圧力を説明できる。 | 1 | |
パスカルの原理を説明できる。 | 1 | |
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。 | 1 | |
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。 | 1 | |
物体に作用する浮力を計算できる。 | 1 | |
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。 | 1 | |
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。 | 1 | |
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。 | 1 | |
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。 | 1 | |
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。 | 1 | |
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。 | 1 | |
熱力学の第一法則を説明できる。 | 1 | |
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。 | 1 | |
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。 | 1 | |
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。 | 1 | |
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。 | 1 | |
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。 | 1 | |
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。 | 1 | |
熱力学の第二法則を説明できる。 | 1 | |
サイクルの意味を理解し、熱機関の熱効率を計算できる。 | 1 | |
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。 | 1 | |
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。 | 1 | |
サイクルをT-s線図で表現できる。 | 1 | |