概要:
水理学(水の力学)は固体力学と同様に, 質量・エネルギー・運動量保存則によって支配される.これらの基本的な概念(完全流体の流れ)は,第3学年の水理学Iで学習した.
水理学IIでは,実在の粘性流体を取り扱い,具体的な実例を交えながら管水路・開水路流れの基本的な考え方を理解する.
さらに,定常流(等流・不等流),非定常流について理解し,実際の現象との関係性を把握する.
授業の進め方・方法:
高専のMCCに準拠した内容である.
(事前準備の学習)水理学Iの復習をしておく.
英語導入計画:Technical terms
注意点:
授業の内容を確実に身につけるために,予習・復習が必須である.
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
前期 |
1stQ |
1週 |
第1・2回:3年生の振り返り,管路流れ(層流と乱流,層流の流速分布) (AL のレベルC) |
水理学Ⅰで学修した内容(連続式,ベルヌーイ式など)を理解している. 層流と乱流,レイノルズ数、層流も時の管内流速分布を理解している.
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2週 |
第3回:演習(第1・2回の内容) (AL のレベルC) |
1・2回の授業内容で学んだ式を正しく使うことができる.
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3週 |
第4・5回:乱流の流速分布,レイノルズ応力,摩擦損失と平均流速公式 (AL のレベルC) |
レイノルズ応力,渦動粘性係数を理解している.
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4週 |
第6回:演習(第4・5回の内容) (AL のレベルC) |
4・5回の授業内容で学んだ式を正しく使うことができる.
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5週 |
第7・8回:形状損失,単線管路とエネルギー線 (AL のレベルC) |
形状損失を理解している.
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6週 |
第9回:演習(第7・8回の内容) (AL のレベルC) |
7・8回の授業内容で学んだ式を正しく使うことができる.
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7週 |
第10・11回:実用的な単線管路(サイフォン,水力発電,ポンプ)とその演習 |
単線管路とサイフォンについて理解し,その式を正しく使うことができる.
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8週 |
第12回:中間試験 (AL のレベルC) |
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2ndQ |
9週 |
第13・14回:中間試験の振り返り,複雑な管路 (AL のレベルC) |
管網を含む複雑な管路の計算方法について理解している.
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10週 |
第15回:演習(第14回の内容) (AL のレベルC) |
14回の授業内容で学んだ式を正しく使うことができる.
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11週 |
第16・17回:開水路流れの基礎方程式,開水路の等流 (AL のレベルC) |
開水路流れの基礎方程式や等流を理解している.
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12週 |
第18回:演習(第17・18回の内容) (AL のレベルC) |
16・17回の授業内容で学んだ式を正しく使うことができる.
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13週 |
第19・20回:開水路の等流(限界水深・等流水深) (AL のレベルC) |
開水路の等流の任意断面における限界水深・等流水深を理解し,その式を使うことが出来る.
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14週 |
第21回:演習(第19・20回の内容) (AL のレベルC) |
19・20回の授業内容で学んだ式を正しく使うことができる.
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15週 |
期末試験 |
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16週 |
第22回:期末試験振り返り |
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後期 |
3rdQ |
1週 |
第23・24回:開水路の等流(等流の平均流速,等流の計算,水理学的に有利な断面) (AL のレベルC) |
等流の平均流速,等流の計算,水理学的に有利な断面を理解している.
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2週 |
第25回:演習(第23・24回の内容) (AL のレベルC) |
23・24回の授業内容で学んだ式を正しく使うことができる.
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3週 |
第26・27回:開水路の不等流(基礎方程式,水面形①) (AL のレベルC) |
開水路の不等流の基礎方程式と水面形の方程式についてを理解している.
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4週 |
第28回:演習(第26・27回の内容) (AL のレベルC) |
26・27回の授業内容で学んだ式を正しく使うことができる.
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5週 |
第29・30回:開水路の不等流(水面形②と水面形の計算法) (AL のレベルC) |
開水路の水面形の方程式を使った水面形の書き方と計算方法を理解している.
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6週 |
第31回:演習(第29・30回の内容) (AL のレベルC) |
29・30回の授業内容で学んだ式を正しく使うことができる.
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7週 |
第32・33回:開水路の非定常流と演習 (AL のレベルC) |
開水路の非定常流を理解し,その式を正しく使うことができる.
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8週 |
第34回:中間試験
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4thQ |
9週 |
第35・36回:中間試験の振り返り,流体力学の基礎方程式(連続の式,オイラーの運動方程式) (AL のレベルC) |
連続の式を数式で表すことができる.
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10週 |
第37回:演習(第36回の内容) (AL のレベルC) |
36回の授業内容で学んだ式を正しく使うことができる.
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11週 |
第38・39回:流体力学の基礎方程式(流体の変形と回転,ナビエ・ストークス方程式) (AL のレベルC) |
流体の変形と回転を数式で表すことができる. ナビエ・ストークス方程式の導出過程を正しく理解している.
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12週 |
第40回:演習(第38・39回の内容) (AL のレベルC) |
38・39回の授業内容で学んだ式を正しく使うことができる.
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13週 |
第41・42回:流線,ポテンシャル流れ (AL のレベルC) |
流況の表現方法やその関数について正しく理解している.
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14週 |
第43回:演習(第41・42回の内容) (AL のレベルC)方程式) |
41・42回の授業内容で学んだ式を正しく使うことができる.
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15週 |
第44回:相似則とその演習(AL のレベルC) 期末試験 |
力学的な相似について正しく理解している.
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16週 |
第45回:期末試験振り返り |
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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 | 建設系分野 | 水理 | 比エネルギー、フルード数、常流と射流、限界水深(ベスの定理、ベランジェの定理)、跳水現象について、説明できる。 | 4 | 前11,前12,前13 |
層流と乱流について、説明できる。 | 4 | 前1,前2 |
流体摩擦(レイノルズ応力、混合距離)を説明できる。 | 4 | 前3,前4 |
管水路の摩擦以外の損失係数について、説明できる。 | 4 | 前5,前6 |
各種の管路の流れが計算できる。 | 4 | 前5,前6,前7,前9,前10 |
開水路の等流(平均流速公式、限界水深、等流水深)について、計算できる。 | 4 | 前13,前14,後1,後2 |
開水路不等流の基礎方程式を説明できる。 | 4 | 後3,後4,後5,後6 |