到達目標
□熱伝導、熱対流、熱ふく射の3つの熱移動形態を理解し説明できる
□熱伝導の基礎式の誘導ができ、定常熱伝導と非定常熱伝導における熱移動計算ができる
□対流熱伝達の基礎式の誘導ができ、速度境界層、温度境界層と無次元数を説明できる
□熱放射の基礎式の誘導ができ、2物体間で行われるふく射熱量の計算ができる
□相変化を伴う熱伝達が説明できる
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 | フーリエの法則および熱伝導率を理解し,説明できる | フーリエの法則および熱伝導率を説明できる | フーリエの法則および熱伝導率を説明できない |
評価項目2 | ニュートンの冷却法則および熱伝達率を理解し,説明できる | ニュートンの冷却法則および熱伝達率を説明できる | ニュートンの冷却法則および熱伝達率を説明できない |
評価項目3 | ふく射伝熱を理解し,説明できる | ふく射伝熱を説明できる | ふく射伝熱を説明できない |
学科の到達目標項目との関係
準学士課程 C
説明
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準学士課程 D-1
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教育方法等
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.ポケコン(もしくは関数電卓).
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.
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
後期 |
3rdQ |
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 |
対流熱伝達: 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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7週 |
熱通過: 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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8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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4thQ |
9週 |
ふく射熱移動Ⅱ: 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. |
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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10週 |
ふく射熱移動Ⅲ: 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. |
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 |
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
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12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. 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. |
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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13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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14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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15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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16週 |
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評価割合
| 試験 | 発表 | 相互評価 | 態度 | ポートフォリオ | その他 | 合計 |
総合評価割合 | 100 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 100 |
基礎的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
専門的能力 | 100 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 100 |
分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |