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 令和02年度 (2020年度)
授業科目 伝熱工学
科目番号 0148 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
熱伝導フーリエの法則や熱通過の知識を応用して、熱伝導問題の計算を行い、熱伝導の促進について説明できる。フーリエの法則や熱通過の知識を用いて、熱伝導問題の計算を行うことができる。フーリエの法則や熱通過の知識を用いて、熱伝導問題の計算を行うことができない。
熱伝達ニュートンの冷却法則や熱伝達の知識を応用して、対流熱伝達問題の計算を行い、熱伝達の促進について説明できる。ニュートンの冷却法則や熱伝達の知識を用いて、対流熱伝達問題の計算を行うことができる。ニュートンの冷却法則や熱伝達の知識を用いて、対流熱伝達問題の計算を行うことができない。
放射黒体やステファン・ボルツマンの法則を応用して、放射熱伝達問題の計算を行い、放射熱伝達の促進について説明できる。黒体やステファン・ボルツマンの法則を用いて、放射熱伝達問題の計算を行うことができる。黒体やステファン・ボルツマンの法則を用いて、放射熱伝達問題の計算を行うことができない。
沸騰沸騰曲線を理解し、沸騰のメカニズムから、沸騰による熱伝達の促進について説明できる。沸騰曲線を理解し、沸騰による熱伝達を説明できる。沸騰曲線、沸騰による熱伝達を説明できない。

学科の到達目標項目との関係

学習・教育到達度目標 RB2 説明 閉じる
JABEE JB3 説明 閉じる

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う。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)
評価方法:小テストの平均を40%、期末試験を30%、課題を30%として評価する。ただし、合格点に満たない場合は、追加課題による加点、および追試験による10点までの加点を行うことがある。
評価基準:学年成績60点以上を合格とする。

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 伝熱工学の概要を説明できる
2週 伝熱の基本3形態 伝熱の基本3形態を説明できる
3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
4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
5週 熱通過率と熱抵抗 熱通過の計算ができる
6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
7週 非定常熱伝導問題 非定常熱伝導の基礎式を説明できる
8週 中間確認
2ndQ
9週 試験の返却と解説、熱伝達について、熱伝達の基礎方程式、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
10週 流れの性質、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の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 黒体および黒体からの放射を説明できる
13週 ウィーンの変位則、黒体間の放射熱伝達1 ウィーンの変位則、黒体間の放射熱伝達を説明できる
14週 黒体間の放射熱伝達2、放射率、固体の放射、気体の放射 黒体間の放射熱伝達および放射率、固体の放射、気体の放射を説明できる
15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
16週 試験の返却

評価割合

小テスト期末試験課題合計
総合評価割合403030100
専門的能力403030100