到達目標
1.流体微小要素に働く力について説明でき，オイラーの運動方程式及びナビエ・ストークス方程式を構築することができる．
2.ポテンシャル流れ及び有限差分法による数値計算手法について説明でき，ステップを越えるポテンシャル流れの数理モデルの構築及び数値解析を行うことができる．
3.非圧縮粘性流れの差分解法について説明できる．
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 | 流体微小要素に働く力について説明でき，オイラーの運動方程式及びナビエ・ストークス方程式を構築することができる． | 流体微小要素に働く力について説明できる． | 左記ができない． |
| 評価項目2 | ポテンシャル流れ及び有限差分法による数値計算手法について説明でき，ステップを越えるポテンシャル流れの数理モデルの構築及び数値解析を行うことができる． | ポテンシャル流れ及び有限差分法による数値計算手法について説明できる． | 左記ができない． |
| 評価項目3 | 渦度輸送方程式を導出でき，流れ関数渦度法を用いた数値アルゴリズムを説明できる． | 渦度輸送方程式を導出できる． | 左記ができない． |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
本授業では，機械製品の開発・設計現場で必要とされるComputational Fluid Dynamics (CFD)の基礎理論について学ぶ．
授業の進め方・方法:
授業は基本的に講義の形式をとり，適宜レポートを課す．
授業内容は授業計画に示す通り．
注意点:
数理モデルを単に導出するのではなく，各項の意味と役割を読み取る事が重要である．また，支配方程式を差分方程式に変換する際に生じる打切り誤差について，十分に理解することが肝要である．不明な点がないよう各自しっかり復習し，わからなければ随時質問に訪れること．
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 |
数値流体力学概説 |
数値流体力学の歴史，背景及び構成要素について説明できる．
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| 2週 |
数理モデルの構築(1) |
連続の方程式及びオイラーの運動方程式を導出できる．
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| 3週 |
数理モデルの構築(2) |
ナビエ・ストークス方程式を導出できる．
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| 4週 |
流体運動における変位と変形 |
流体の運動を４つの変位・変形の基礎要素を用いて表示できる．
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| 5週 |
循環と渦度 |
ストークスの定理を用いて，循環と渦度との関係を説明できる．
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| 6週 |
ポテンシャル流れ(1) |
ラグランジュの渦定理について説明できる．
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| 7週 |
ポテンシャル流れ(2) |
流れ関数及び速度ポテンシャルについて説明できる．
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| 8週 |
後期中間試験 |
試験実施
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| 4thQ |
| 9週 |
答案返却 |
試験で出題された問題の解法を理解
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| 10週 |
ポテンシャル流れ(3) |
複素速度ポテンシャル及び等角写像について説明できる．
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| 11週 |
有限差分法による流れ解析(1) |
テイラー級数展開による差分式の誘導手法について説明できる．
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| 12週 |
有限差分法による流れ解析(2) |
ポテンシャル流れの差分方程式を導出できる．
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| 13週 |
有限差分法による流れ解析(3) |
連立一次方程式の数値解法について説明でき，ステップを超えるポテンシャル流れの数値解析を行うことができる．
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| 14週 |
有限差分法による流れ解析(4) |
渦度輸送方程式について説明できる．
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| 15週 |
有限差分法による流れ解析(5) |
流れ関数渦度法を用いた非圧縮粘性流れの数値計算手順を説明できる．
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| 16週 |
後期定期試験 |
試験実施
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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 |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 機械系 | 熱流体 | オイラーの運動方程式を説明できる。 | 4 | |
| 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。 | 4 | |
| 抗力係数を用いて抗力を計算できる。 | 4 | |
| 揚力係数を用いて揚力を計算できる。 | 4 | |
評価割合
| 試験 | 発表 | 相互評価 | 態度 | ポートフォリオ | レポート | 合計 |
| 総合評価割合 | 80 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20 | 100 |
| 基礎的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 専門的能力 | 80 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20 | 100 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |