伝熱工学

科目基礎情報

学校 福井工業高等専門学校 開講年度 2017
授業科目 伝熱工学
科目番号 0117 科目区分 専門 / 必修
授業形態 講義 単位の種別と単位数 履修単位: 1
開設学科 機械工学科 対象学年 5
開設期 前期 週時間数 2
教科書/教材 坂田勝, 田坂英紀著「機械工学入門講座伝熱工学[第2版]」森北出版
担当教員 芳賀 正和

到達目標

(1) 伝熱の基本形態を説明できる
(2) フーリエの法則を理解し,熱伝導について説明できる
(3) 対流熱伝達におけるヌセルト数を求め,熱伝達現象について説明できる
(4) 黒体および放射熱伝達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
伝熱工学における基礎知識を充分に習得し,様々な問題を解決するために応用できる.伝熱工学における基礎知識を充分に習得・理解し,演習問題を解くことができる.伝熱工学における基礎知識が習得できていない.

学科の到達目標項目との関係

教育方法等

概要:
平衡状態を扱う熱力学に対し,伝熱工学では時間的変化を考えた非平衡状態に拡張して熱現象を扱う.フーリエの法則,熱伝導,熱伝達,沸騰熱伝達など,様々な熱の伝わりについて考え,熱の移動量と方向,および対流や相変化による伝熱促進のしくみを習得し,必要とされる伝熱特性を考慮したものづくりを意識できることを目標とする.
授業の進め方・方法:
講義は教科書に従って行い,主な学習内容は,(i) 熱伝導方程式の導出と計算,(ii) 熱伝導問題の数値解析,(iii) 対流熱伝達におけるヌセルト数の計算,および (iv) 放射熱伝達である.講義では演習問題を織り交ぜ,理解を深めるながら進める.
注意点:
学習・教育目標:本科(準学士課程):RB2(◎) ,環境生産システム工学プログラム:JB3(◎)
関連科目:熱力学(本科4年),熱機関(本科5年),エネルギー変換工学(専攻科1年)

授業計画

授業内容 週ごとの到達目標
前期
1stQ
1週 授業概要の説明,伝熱工学について,伝熱の基本3形態 伝熱の基本3形態を説明できる
2週 定常熱伝導について,熱伝導の基礎式,一次元の熱伝導 定常熱伝導の基礎式を説明できる
3週 一次元の熱伝導の具体的な計算 定常一次元熱伝導問題の計算ができる
4週 熱通過率と熱抵抗 熱通過の計算ができる
5週 定常熱伝導問題の数値解析 定常熱伝導問題の数値解析ができる
6週 非定常熱伝導問題,熱伝達について,熱伝達の基礎方程式 非定常熱伝導の基礎式を説明できる
7週 流れの性質,非圧縮性流体の二次元対流熱伝達 非圧縮性流体の二次元対流熱伝達を説明できる
8週 無次元量,ヌセルト数の関係式,強制対流熱伝達率の具体例 平板に沿った強制対流(層流)の熱伝達率を求めることができる
2ndQ
9週 中間試験
10週 試験の返却と解説,強制対流熱伝達率の具体例 平板に沿った強制対流(乱流)熱伝達率の求め方を説明できる
11週 自然対流熱伝達,垂直平板の自然対流熱伝達,グラスホフ数Grの導入 自然対流熱伝達の熱伝達率を求めることができる
12週 放射熱伝達について,黒体および黒体からの放射,ウィーンの変位則 黒体および黒体からの放射を説明できる
13週 黒体間の放射熱伝達,放射率 黒体間の放射熱伝達および放射率を説明できる
14週 相変化を伴う熱伝達について.沸騰を伴う熱伝達 沸騰を伴う熱伝達を説明できる
15週 まとめ
16週

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
基礎的能力数学数学数学三角比を理解し、簡単な場合について、三角比を求めることができる。3
一般角の三角関数の値を求めることができる。3
放物線、楕円、双曲線の図形的な性質の違いを区別できる。3
簡単な場合について、不等式の表す領域を求めたり領域を不等式で表すことができる。3
線形変換の定義を理解し、線形変換を表す行列を求めることができる。3
平面内の回転に対応する線形変換を表す行列を求めることができる。3
簡単な場合について、関数の接線の方程式を求めることができる。3
2次の導関数を利用して、グラフの凹凸を調べることができる。3
関数の媒介変数表示を理解し、媒介変数を利用して、その導関数を求めることができる。3
不定積分の定義を理解し、簡単な不定積分を求めることができる。3
置換積分および部分積分を用いて、不定積分や定積分を求めることができる。3
簡単な場合について、曲線で囲まれた図形の面積を定積分で求めることができる。3
簡単な場合について、曲線の長さを定積分で求めることができる。3
簡単な1変数関数の局所的な1次近似式を求めることができる。3
1変数関数のテイラー展開を理解し、基本的な関数のマクローリン展開を求めることができる。3
いろいろな関数の偏導関数を求めることができる。4
2変数関数の定義域を理解し、不等式やグラフで表すことができる。3
合成関数の偏微分法を利用して、偏導関数を求めることができる。3
簡単な関数について、2次までの偏導関数を求めることができる。3
偏導関数を用いて、基本的な2変数関数の極値を求めることができる。3
2重積分を累次積分になおして計算することができる。4
2重積分の定義を理解し、簡単な2重積分を累次積分に直して求めることができる。3
極座標に変換することによって2重積分を求めることができる。3
2重積分を用いて、簡単な立体の体積を求めることができる。3
基本的な変数分離形の微分方程式を解くことができる。4
微分方程式の意味を理解し、簡単な変数分離形の微分方程式を解くことができる。3
簡単な1階線形微分方程式を解くことができる。3
定数係数2階斉次線形微分方程式を解くことができる。3

評価割合

試験課題合計
総合評価割合9010100
基礎的能力000
専門的能力9010100
分野横断的能力000