水理学Ⅱ

科目基礎情報

学校 岐阜工業高等専門学校 開講年度 令和05年度 (2023年度)
授業科目 水理学Ⅱ
科目番号 0065 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: 3
開設学科 環境都市工学科 対象学年 4
開設期 通年 週時間数 前期:3 後期:3
教科書/教材 教科書:PEL水理学(神田佳一編著,実教出版,2017)/参考書:明解 水理学(日野幹雄著,丸善出版,1983)
担当教員 北 真人

到達目標

以下の各項目を到達目標とする.
①層流・乱流における管水路の取り扱いについて説明できる.
②管水路における動水勾配線・エネルギー線について説明できる.
③ オイラー座標系における連続の式・運動方程式について説明できる.
④最小エネルギー・最大流量の定理について説明できる.
⑤開水路等流における水理特性曲線・水理学的に有利な断面について説明できる.
⑥開水路不等流における水面形について説明できる.
岐阜高専ディプロマポリシー:(D-3)

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層流・乱流の流速分布式から平均流速・摩擦損失係数を8割以上計算できる.層流・乱流の流速分布式から平均流速・摩擦損失係数を6割以上計算できる.層流・乱流の流速分布式から平均流速・摩擦損失係数を計算できない.
評価項目2摩擦損失・各局所損失を考慮した動水こう配線・エネルギー線を8割以上画くことができる.摩擦損失・各局所損失を考慮した動水こう配線・エネルギー線を6割以上画くことができる.摩擦損失・各局所損失を考慮した動水こう配線・エネルギー線を画くことができない.
評価項目3オイラー座標系での流体の基礎方程式を8割程度導くことができる.それを積分してベルヌーイの式をほぼ 8 割程度導くことができる.オイラー座標系での流体の基礎方程式を 6割以上導くことができる. それを積分してベルヌーイの式を6割以上導くことができる.オイラー座標系での流体の基礎方程式を導くことができない. それを積分してベルヌーイの式を導くことができない.
評価項目4最小エネルギー・最大流量の定理により限界水深・対応水深を8割以上計算できる. 跳水現象から共役水深を8割以上計算できる.最小エネルギー・最大流量の定理により限界水深・対応水深を6割以上計算できる. 跳水現象から共役水深を6割以上計算できる.最小エネルギー・最大流量の定理により限界水深・対応水深を計算できない. 跳水現象から共役水深を計算できない.
評価項目5円形断面での最大流量・最大流速を生じる水深を8割以上計算できる. 任意の断面での水理学的に有利な断面を8割程度求めることができる.円形断面での最大流量・最大流速を生じる水深を6割以上計算できる. 任意の断面での水理学的に有利な断面を6割以上求めることができる.円形断面での最大流量・最大流速を生じる水深を計算できない. 任意の断面での水理学的に有利な断面を求めることができない.
評価項目6人工構造物(せき・水門)を設置した開水路の水面形を8割以上画くことができる. 不等流基礎方程式から限界水深・等流水深を8割以上計算できる.人工構造物(せき・水門)を設置した開水路の水面形を6割以上画くことができる. 不等流基礎方程式から限界水深・等流水深を6割以上計算できる.人工構造物(せき・水門)を設置した開水路の水面形を画くことができない. 不等流基礎方程式から限界水深・等流水深を計算できない.

学科の到達目標項目との関係

教育方法等

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.

授業の属性・履修上の区分

アクティブラーニング
ICT 利用
遠隔授業対応
実務経験のある教員による授業

授業計画

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
8週 第12回:中間試験
(AL のレベルC)
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.
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.
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.
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.
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.
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.
15週 期末試験
16週 第22回:期末試験振り返り
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
8週 第34回:中間試験
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.
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.
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.
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.

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.
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.
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.
16週 第45回:期末試験振り返り

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

評価割合

前期中間試験前期期末試験前期課題後期中間試験後期期末試験後期課題合計
総合評価割合1001004010010040480
得点1001004010010040480