概要:
熱の移動現象を学び、人間の諸活動に不可欠なエネルギーの輸送、変換技術の基礎を理解し、エネルギーに関連した
機械機器の基本設計に必要な知識を習得する。
授業の進め方・方法:
座学で行う.関数電卓を持ってくること.
注意点:
物理を理解していること,簡単な微分方程式が解けること,流体力学,熱力学の基礎知識が必要です.
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
前期 |
1stQ |
1週 |
講義概要の説明および国際単位系(SI単位系): 伝熱工学の歴史やその体系について説明を行う.伝熱 工学で使用する単位について国際単位系と工学単位系 の区別が出来るように説明する |
伝熱工学で使用する単位をさまざまな単位系で表現できる
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2週 |
熱移動の形式: 熱移動の形式熱が移動する手段は、熱伝導(Heat con duction ),熱伝達(Convective heat transfer), 熱放射(Thermal radiation)の3つに大きく分けることができる.そ れぞれについて実例を挙げ,各熱移動手段の特徴を説 明する. |
熱移動の三形態を説明できる
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3週 |
一次元定常熱伝導Ⅰ: 固体中を熱が移動する場合,熱伝導により熱移動が行 われる.最も単純な系として,定常状態における一次 元の平面壁内の熱移動を扱い,平面壁内の熱移動量や 温度分布を求める計算式を算出し,それらの値が計算 出来るように演習課題を解く. |
一次元定常熱伝導に関する問題を解くことができる
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4週 |
一次元定常熱伝導Ⅱ: ボイラーや自動車のラジエター等では円管内部を流れ る流体から周囲への熱移動が重要となる.円管内部か ら外部に熱が流れる一次元定常状態の問題について計 算式の算出を行い,値の計算が出来るように演習課題 を解く. |
円筒内を流れる一次元熱伝導問題を解くことができる
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5週 |
一次元定常熱伝導Ⅲ: 熱伝導率の異なる数枚の板や円管が重なり,層をなし ている場合の熱移動量および温度分布の計算式の算出 について説明する.これを用いて,実際のボイラー等 における吸熱計算を行ってみる. |
多層平板および多層円管の一次元熱伝導問題を解くことができる
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6週 |
非定常熱伝導Ⅰ: 時間の経過とともに熱の移動量や温度分布が変化する非定常問題について説明する.円筒や無限に大きな平板について簡単な問題を解いてみる. |
簡単な系について非定常問題を解くことができる
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7週 |
非定常熱伝導Ⅱ: 数値的解法を用いて非定常問題を解いてみる. |
数値解法を用いて非定常問題を解くことができる
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8週 |
中間試験 |
ここまでの内容を説明できる
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2ndQ |
9週 |
一次元定常対流熱伝達Ⅰ: 固体から液体もしくは固体から気体へと熱が移動する 場合,各々の温度差のみを駆動力とする熱伝達が行わ れる.熱伝達と熱伝導の違いを説明し,熱伝達におけ る熱移動量の計算が行えるようにする. |
対流熱伝達を説明することができる
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10週 |
一次元定常対流熱伝達Ⅱ: 熱伝達率が与えられた場合について固体から液体もしくは固体から気体に移動する熱量を求める方法について説明する. |
対流熱伝達の問題を適切に解くことができる
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11週 |
熱通過Ⅰ: 熱の移動は,物体両端の温度差が駆動力となって物体 の熱抵抗に反比例して増減する.本回では,固体内部 から周囲空気へ熱移動が行われる場合について,熱伝 導および熱伝達による熱移動を一つと考え熱通過の概 念を説明する. |
熱通過問題を適切に解くことができる
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12週 |
熱通過Ⅱ: 円管および球の場合について熱通過問題の解き方について説明する. |
円筒および球について熱通過問題を適切に解くことができる
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13週 |
二次元定常熱伝導: 二次元の熱伝導について説明する. |
二次元の熱伝導が説明できる.
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14週 |
二次元定常熱伝導: 簡単な条件において二次元の熱伝導による熱移動量の計算方法について説明する. |
二次元定常熱伝導に関する問題を解くことができる
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15週 |
試験答案返却 |
学んだことをすべて説明できる
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16週 |
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後期 |
3rdQ |
1週 |
フィンⅠ: 熱発生部から効率よく放熱を行うためフィンが設置さ れる.平面にフィンが設置された場合のフィン表面か らの放熱量とフィン内部の温度分布について算出でき るよう説明する. |
フィンの役割を説明できる フィンによる放熱を適切に求めることができる
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2週 |
フィンⅡ: フィン設置に際し,フィンの形状だけでなく,そのサ イズやフィンの設置間隔により放熱の効率は変わる. |
フィンを設置した場合の放熱量を正しく求めることができる
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3週 |
フィンⅢ: 様々なフィン形状やフィン配置についてフィン効率を 計算できるように説明する. |
さまざまなフィンについてフィン効率を求めることができる
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4週 |
無次元数: バッキンガムのπ-定理を説明する.伝熱計算で重要となる各種無次元数の定義とその意義について説明する. |
伝熱で必要な各種無次元数について説明できる
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5週 |
対流熱伝達Ⅰ: 境界層方程式の数学的解析を説明する.連続の式,運動量の式,エネルギーの式を立てる. |
各保存式が立てられる
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6週 |
対流熱伝達Ⅱ: 対流伝熱に関する実験式について理解する. |
さまざまな条件においてヌセルト数が実験式をもとに導出できる
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7週 |
対流熱伝達Ⅲ: 実験式より得られたヌセルト数を用いて熱伝達率を導出し,様々な条件における伝熱量の計算法を説明する. |
対流熱伝達における伝熱量が計算できる
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8週 |
中間試験 |
ここまでの内容を説明できる
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4thQ |
9週 |
ふく射熱移動Ⅰ: 太陽から放射される熱放射により地球が暖められてい るように,電磁波の一部である熱放射により物質間の 熱交換が行われる仕組みについて説明する. |
ふく射熱伝達の仕組みを説明できる
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10週 |
ふく射熱移動Ⅱ: 実際の多くの物質は熱放射を吸収するだけでなく,一 部を反射し,一部を透過してしまう.熱放射を全部吸 収する黒体と呼ばれる物質に対して,熱放射の全波長 において一定の反射率,透過率を持つ物質を灰色体と 呼ぶ.灰色体間の熱移動について,物体間における正 味の熱移動量の算出を行う.
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灰色体間のふく射伝熱問題を解くことができる
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11週 |
ふく射熱移動Ⅲ: 放射熱により物体間の熱移動が行われる場合,物体同 士の位置が交換熱量を支配する.この時,形態係数の 概念を同流することにより物体間の実質の熱移動量の 算出は容易となる.本回では,形態係数の概念と,特 定の物体間における熱移動についてグラフを使った形 態係数の算出について説明する. |
黒体二物体間のふく射伝熱問題を解くことができる
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12週 |
沸騰と凝縮Ⅰ: ヤカンに入れた水が沸騰することや,ボイラを用いて 蒸気発電が行われるように身の回りで様々な沸騰現象 が行われている.沸騰・凝縮を利用した機器の紹介 と,その動作原理について説明する. |
沸騰・凝縮による伝熱問題を説明できる
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13週 |
沸騰と凝縮Ⅱ: 水が沸騰する時,熱源周囲の自然対流,その後のサブ クール沸騰,さらに過熱が続けられた場合の膜沸騰な ど沸騰の様子が次第に変化する.水が電熱線により電 気加熱を受ける場合について,沸騰特性曲線を用いて 説明し,普段目にする沸騰現象について理解を深め る. |
水の沸騰特性曲線を説明できる
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14週 |
熱交換器: 熱交換器内で行われているさまざまな伝熱現象を学び,機器の機能について深く理解する. |
熱交換器内の伝熱現象を説明できる
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15週 |
試験答案返却 |
学んだことをすべて説明できる
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16週 |
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