概要:
流体工学IIでは，流体工学Iで学修した内容をさらに一般化し，流れの支配方程式である「連続の式」及び「ナヴィエ・ストークス方程式」を一般的な形で導出するとともに，それらを基礎とする流れの概念や解析について包括的な学修を進める．さらに，速度ポテンシャルや流れ関数，複素速度ポテンシャルなどを用いた応用数学的な解析手法についても学修する．
授業の進め方・方法:
流れの一般的な概念や解析方法について学習を進める．公式の暗記に頼るのではなく，物理的な原理や法則を「理解する」ことが強く求められる．なお，今年度より，さらなる学習効果の向上を目指し，半数の授業において試験的にアクティブ・ラーニングを導入する（授業計画において該当箇所に【AL】と標記）．
注意点:
受講するにあたって，流体工学Iで学んだ内容を良く理解していることはもちろんであるが，内容が流体工学Iよりもさらに数学的になるため，微積分，ベクトル，複素数などを正しく理解し，その基礎的な取り扱いをしっかりと身につけていることが必要である．また，授業で回収するアクティブ・ラーニングの成果物も重要な評価対象となる．
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
流れの基礎【AL】 |
・ラグランジュ表示とオイラー表示の違いについて説明できる．
・ラグランジュ微分について理解し，そのオイラー的な表現式を導出できる．
・非圧縮性流れの定義をラグランジュ微分を用いて説明できる．
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| 2週 |
連続の式【AL】 |
・連続の式を一般的な形で導出できる．
・非圧縮性流れにおける連続の式を導出できる．
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| 3週 |
流体の変形【AL】 |
・伸びひずみ速度とせん断ひずみ速度の定義を説明できる．
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| 4週 |
流体の回転 |
・渦度の定義を説明できる．
・流速から渦度を求める計算ができる．
・剛体渦の角速度と渦度の関係を説明できる．
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| 5週 |
速度勾配テンソル |
・速度勾配テンソルについて説明できる．
・速度勾配テンソルが変形と回転を表すテンソルに分解できることを説明できる．
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| 6週 |
応力テンソル【AL】 |
・応力テンソルの定義と性質について説明できる．
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| 7週 |
速度勾配テンソルと応力テンソルの関係 |
・ニュートン流体の仮定から速度勾配テンソルと応力テンソルの関係を導出できる．
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| 8週 |
中間試験 |
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| 2ndQ |
| 9週 |
ナヴィエ・ストークス方程式の導出(1) |
・応力テンソルを用いて任意の面に作用する応力ベクトルを求める計算ができる．
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| 10週 |
ナヴィエ・ストークス方程式の導出(2) |
・伸びひずみ速度，せん断ひずみ速度，渦度を用いて応力テンソルの各成分を表すことができる．
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| 11週 |
ナヴィエ・ストークス方程式の導出(3) |
・ナヴィエ・ストークス方程式の導出について説明できる．
・ナヴィエ・ストークス方程式のベクトル表示を成分表示に直すことができる．
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| 12週 |
オイラーの平衡方程式【AL】 |
・ナヴィエ・ストークス方程式からオイラーの平衡方程式を導出できる．
・オイラーの平衡方程式から静止流体中における圧力の式を導出できる．
・オイラーの平衡方程式を用いて静止流体中では等ポテンシャル面と外力が直交することを説明できる．
・静止流体の液面形状を計算できる．
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| 13週 |
オイラーの運動方程式およびベルヌーイの定理【AL】 |
・ナヴィエ・ストークス方程式からオイラーの運動方程式を導出できる．
・オイラーの運動方程式からベルヌーイの定理を導出できる．
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| 14週 |
非圧縮性流れにおけるナヴィエ・ストークス方程式の厳密解(1)【AL】 |
・非圧縮性流れにおけるナヴィエ・ストークス方程式を説明できる．
・二枚の平行平板間の流れについての厳密解を求める計算ができる．
・クエット流れと2次元ポアズイユ流れについて速度分布のグラフを書くことができる．
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| 15週 |
非圧縮性流れにおけるナヴィエ・ストークス方程式の厳密解(2)【AL】 |
・円筒座標系における連続の式及びナヴィエ・ストークス方程式からハーゲン・ポアズイユ流れの速度分布を導出できる．
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| 16週 |
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
ナヴィエ・ストークス方程式の無次元化【AL】 |
・非圧縮性流れにおけるナヴィエ・ストークス方程式を無次元化できる．
・無次元化されたナヴィエ・ストークス方程式を持ちてレイノルズの相似則を説明できる．
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| 2週 |
レイノルズ数の物理的意味【AL】 |
・オーダー評価からレイノルズ数が慣性力と粘性力の比となることを示すことができる．
・レイノルズ数を用いた乱流と層流の区別について説明できる．
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| 3週 |
境界層(1)【AL】 |
・境界層の概念について説明できる．
・排除厚さ，運動量厚さ，エネルギー厚さについて計算できる．
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| 4週 |
境界層(2) |
・オーダー評価から境界層方程式を導出できる．
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| 5週 |
境界層(3)【AL】 |
・境界層のはく離や制御について説明できる．
・乱流境界層について説明できる．
・レイノルズ平均を用いた計算ができる．
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| 6週 |
循環と渦度 |
・循環を求める計算ができる．
・循環と渦度の関係を説明できる．
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| 7週 |
速度ポテンシャル |
・速度ポテンシャルの定義について説明できる．
・渦なし流れであることと速度ポテンシャルの存在することが必要十分条件の関係にあることを説明できる．
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| 8週 |
中間試験 |
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| 4thQ |
| 9週 |
流れ関数 |
・流れ関数の定義と性質について説明できる．
・流れ関数と流線の関係を説明できる．
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| 10週 |
複素速度ポテンシャル(1) |
・複素速度ポテンシャルの定義について説明できる．
・複素速度ポテンシャルの基本的な性質を説明できる．
・一様流及び傾きを有する場合の一様流について解析ができる．
・角をまわる流れについて解析ができる．
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| 11週 |
複素速度ポテンシャル(2)【AL】 |
・わき出し及び吸い込みに関する解析ができる．
・2重極について解析ができる．
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| 12週 |
複素速度ポテンシャル(3)【AL】 |
・複素速度ポテンシャルの重ね合わせについて説明できる．
・一様流中に置かれた円柱まわりの流れについて解析ができる．
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| 13週 |
複素速度ポテンシャル(4)【AL】 |
・一様流中に置かれた半無限体まわりの流れについて解析ができる．
・極座標系の速度ポテンシャル及び流れについて説明できる．
・自由渦について解析ができる．
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| 14週 |
複素速度ポテンシャル(5)【AL】 |
・一様流中に置かれた回転円柱まわりの流れについて解析ができる．
・ダランベールのパラドックス及びマグヌス効果について説明できる．
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| 15週 |
等角写像 |
・等角写像の性質について基礎的な説明ができる．
・ジューコフスキー変換及びジューコフスキー翼について説明できる．
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| 16週 |
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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 | 熱流体 | 流体の定義と力学的な取り扱いかたを説明できる。 | 3 | 前1,前3,前4,前5,前6,前9,前10,後6,後7,後9,後10,後11,後12,後13 |
| 流体の性質を表す各種物理量の定義と単位を説明できる。 | 3 | 前1,前3,前4,前5,前6,前9,前10,後6,後7,後9,後10,後11,後12,後13 |
| 圧縮性流体と非圧縮性流体の違いを説明できる。 | 3 | 前1,前14,後9 |
| 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 | 前7,前9,前10,前14 |
| パスカルの原理を説明できる。 | 3 | 前12 |
| 定常流と非定常流の違いを説明できる。 | 3 | 前14,前15 |
| 流線と流管の定義を説明できる。 | 3 | 後9,後10,後11,後12,後13 |
| 質量保存則と連続の式を説明できる。 | 3 | 前2 |
| 連続の式を用いて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 | 前11 |
| エネルギー保存則とベルヌーイの式を説明できる。 | 3 | 前13,後14 |
| 層流と乱流の違いを説明できる。 | 3 | 後2,後5 |
| レイノルズ数と臨界レイノルズ数を説明できる。 | 3 | 後1,後2,後5 |
| 円管内層流および円管内乱流の速度分布を説明できる。 | 3 | 前15,後5 |
| ハーゲン・ポアズイユの法則を説明できる。 | 3 | 前15 |
| 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 | 後3,後4,後5 |
| 流れの中の物体に作用する抗力および揚力について説明できる。 | 3 | 後14,後15 |