到達目標
この科目は長岡高専の教育目標の(D)と主体的に関わる。この科目の到達目標と、各到達目標と長岡高専の学習・教育目標との関連を順で次に示す。①流体力学の基礎知識を身につける。35%(D1)、②粘性流体の諸現象を理解する。35%(C2)、③流体機械の設計・製作のプロセスを学ぶ。30%(E1)。
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 | 流体力学の基礎知識を身につける。 | 流体力学の基礎知識を概ね身につける。 | 左記に達していない。 |
| 評価項目2 | 粘性流体の諸現象理解する。 | 粘性流体の諸現象を概ね理解する。 | 左記に達していない。 |
| 評価項目3 | 流体機械の設計・製作のプロセスを学ぶ。 | 流体機械の設計・製作のプロセスを概ね学ぶ。 | 左記に達していない。 |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
流体工学の基礎から流体機械を設計するために必要な基礎知識を学習する。中間に実験、後半に課題に取り組み、実現象の理解と課題解決・製作・報告のプロセスも学ぶ。得た知識を活用しアイデアを形とすること、またその評価を行うことを学んでもらう。
〇関連する科目：流体力学Ⅱ（M前年度履修），流体力学（Ec４履修），レオロジー（後期履修）
授業の進め方・方法:
これまでに流体力学を受講していない初学者にも理解できるよう、基礎から教授する。流体機械を設計する上で身につけておくべき基礎知識を実験・課題を通して理解してもらう。後半に風力発電に関する課題、モデル作成に取り組んでもらうが、特別な設計・加工技術は必要としない。最終週には作品の発表会を行う。
注意点:
講義中心であるが、実験のときは適切な服装で電卓を持参すること。課題は授業時間以外にも自主的に進めてもらいたい。発表会では相互評価も行ってもらう。
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
流体の諸性質 |
流体の圧縮性、粘性を理解する。
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| 2週 |
静止流体の圧力 |
圧力の概念、測定方法を理解する。
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| 3週 |
完全流体の流れの諸性質(1)連続の式 (2)運動方程式 |
流体の質量保存則、運動方程式を理解する。
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| 4週 |
完全流体の流れの諸性質(3)ベルヌーイの定理 |
流体のエネルギー保存則を理解する。
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| 5週 |
実験（ベンチュリー管の流量係数、ピトー管による流速測定） |
ベルヌーイの定理を応用した流量・流速の測定法を理解する。
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| 6週 |
次元解析 |
次元解析による流体現象の取り扱いを理解する。
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| 7週 |
運動量の法則、角運動量の法則 |
流体の運動量・角運動量の法則を理解する。
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| 8週 |
エネルギー式と損失 |
エネルギー損失を理解し、ベルヌーイの定理を拡張する。
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| 2ndQ |
| 9週 |
粘性流体の諸現象 |
流体の粘性により生じる諸現象、特に境界層の概念を理解する。
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| 10週 |
流体機械(1)ポンプ、水車 |
これまでの知識に基づき、流体機械のひとつである水車の原理を理解する。
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| 11週 |
流体機械(2)風車 |
これまでの知識に基づき、流体機械のひとつである風車の原理を理解する。
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| 12週 |
課題提示、調査 |
これまでに学んだ知識を基に、ミニチュア風力発電機の風車製作を調査設計する。
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| 13週 |
課題調査、設計 |
前回に引き続いて風車を設計する。
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| 14週 |
課題製作、報告書作成 |
前回に引き続いて風車を設計・製作し、発表会の報告書を作成する。
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| 15週 |
課題製作、報告書作成 |
前回に引き続いて風車を製作し、発表会の報告書を作成する。
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| 16週 |
課題発表会 |
製作した風車について発表・実演するとともに、相互評価を行う。
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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 | 流体の定義と力学的な取り扱いかたを説明できる。 | 5 | |
| 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。 | 5 | |
| 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。 | 5 | |
| 絶対圧力およびゲージ圧力を説明できる。 | 5 | |
| パスカルの原理を説明できる。 | 4 | |
| 液柱計やマノメーターを用いて圧力を測定できる。 | 5 | |
| 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。 | 4 | |
| 物体に作用する浮力を計算できる。 | 4 | |
| 定常流と非定常流の違いを説明できる。 | 5 | |
| 流線と流管の定義を説明できる。 | 5 | |
| 連続の式を用いて流速と流量を計算できる。 | 5 | |
| オイラーの運動方程式を説明できる。 | 5 | |
| エネルギー保存則とベルヌーイの式を説明できる。 | 5 | |
| 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。 | 5 | |
| 層流と乱流の違いを説明できる。 | 4 | |
| レイノルズ数と臨界レイノルズ数を説明できる。 | 4 | |
| ダルシー・ワイズバッハの式を用いて管摩擦損失を計算できる。 | 4 | |
| 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。 | 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。 | 5 | |
| 抗力係数を用いて抗力を計算できる。 | 5 | |
| 揚力係数を用いて揚力を計算できる。 | 5 | |
評価割合
| 課題 | 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 | 50 | 30 | 20 | 0 | 0 | 0 | 100 |
| 基礎的能力 | 20 | 15 | 10 | 0 | 0 | 0 | 45 |
| 専門的能力 | 20 | 15 | 10 | 0 | 0 | 0 | 45 |
| 分野横断的能力 | 10 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 10 |