到達目標
(ア)ベルヌーイの定理を用いて、流体の圧力や流速を計算できる。
(イ)運動量方程式や検査面、コントロールボリュームの概念を学習し、理解する。
(ウ)運動量方程式を応用した計算ができる。
(エ)管水路流れにおける摩擦損失を理解し、ダルシー・ワイズバッハの式により摩擦損失水頭の計算ができる。
(オ)摩擦損失を考慮した平均流公式を理解し、管水路における流速や摩擦損失係数を計算できる。
(カ)摩擦以外の損失について理解し、様々な形状における損失水頭を計算できる。
(キ)管水路流れにおけるエネルギー損失について理解し、エネルギー線と動水勾配線の作図ができる。
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 | 実到達レベルの目安 |
運動量方程式と水流の強さ | 運動量方程式や検査面、コントロールボリュームを理解し,運動量方程式を応用した計算ができる。 | 運動量方程式や検査面、コントロールボリュームの概念を学習し、理解する。 | 運動量方程式,検査面、コントロールボリュームを理解できない。 |
管水路の摩擦抵抗 | 管内流での摩擦抵抗および管内での層流と乱流を理解し,管内層流ハーゲンポアゾイユ式を導出できる。 | 管内流での摩擦抵抗および管内での層流と乱流を理解し,ハーゲンポアゾイユ式を理解する。 | 管内流での摩擦抵抗および管内での層流と乱流を理解できない。 |
管水路内でのエネルギー損失計算 | 管水路で発生する摩擦損失,経常損失を理解し,エネルギー線と導水勾配線を描くことができる。サイフォンやポンプなど水路中の構造物にも対応できる。 | 管水路で発生する摩擦損失,経常損失を理解し,その計算からエネルギー線と導水勾配線を描くことができる。 | 管水路で発生する摩擦損失,経常損失が理解できず,損失計算ができない。 |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
昔から「水を治めるものは国を治める」と言われる程、治水は我々の生活にとって重要なテーマであり、水の流れのメカニズムを理解するためには、水の運動学的、力学的諸原理を理解する必要がある。水理学ではこれらを学ぶが、その対象や内容が多様で広範囲におよぶため、比較的難易度が高く、理解することが難しいという先入観を持たれている。本講義では、一つ一つの学習項目について本質的な理解に努め、分かりやすい水理学を目指している。
授業の進め方・方法:
注意点:
授業には関数電卓を持参すること。本講義は水理学IAの受講を前提とする。
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
後期 |
3rdQ |
1週 |
運動量の保存則:運動量方程式、検査面、コントロールボリューム水 |
運動量方程式や検査面、コントロールボリュームの概念を学習し、理解する。
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2週 |
運動量の保存則:運動量方程式、検査面、コントロールボリューム水 |
運動量方程式や検査面、コントロールボリュームの概念を学習し、理解する。
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3週 |
運動量の保存則の応用:管水路湾曲部に働く力、壁面に衝突する噴流、跳水現象と段波現象 |
運動量方程式を応用した計算ができる。
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4週 |
運動量の保存則の応用:管水路湾曲部に働く力、壁面に衝突する噴流、跳水現象と段波現象 |
運動量方程式を応用した計算ができる。
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5週 |
運動量の保存則の応用:管水路湾曲部に働く力、壁面に衝突する噴流、跳水現象と段波現象 |
運動量方程式を応用した計算ができる。
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6週 |
流れと抵抗1:境界層、形状抵抗と表面抵抗 |
流体における境界層を理解する。流体中にある物質形状の違いによる抵抗力の変化を理解する。
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7週 |
流れと抵抗1:境界層、形状抵抗と表面抵抗 |
流体における境界層を理解する。流体中にある物質形状の違いによる抵抗力の変化を理解する。
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8週 |
流れと抵抗2:管内流の摩擦抵抗、ハーゲンポアズイユの法則、レイノルズ数と層流・乱流 |
管内流での摩擦抵抗および管内での層流と乱流を理解し,ハーゲンポアゾイユ式を理解する。
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4thQ |
9週 |
流れと抵抗2:管内流の摩擦抵抗、ハーゲンポアズイユの法則、レイノルズ数と層流・乱流 |
管内流での摩擦抵抗および管内での層流と乱流を理解し,ハーゲンポアゾイユ式を理解する。
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10週 |
管水路の流れ1:エネルギー線と動水勾配線、摩擦損失係数、平均流速公式:ダルシー・ワイズバッハの式、マニングの式 |
管水路流れにおけるエネルギー損失を理解する。
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11週 |
管水路の流れ1:エネルギー線と動水勾配線、摩擦損失係数、平均流速公式:ダルシー・ワイズバッハの式、マニングの式 |
管水路流れにおいて、ダルシー・ワイズバッハの式により摩擦損失水頭の計算ができる。
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12週 |
管水路の流れ2:管水路の形状損失:流出入、断面変化、曲り、弁による損失 |
摩擦以外の損失について理解し、様々な形状における損失水頭を計算できる。
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13週 |
単線管水路の水理:水頭表の作成、エネルギー線と動水勾配線の作図、サイフォンの原理と計算法、水車、ポンプ |
管水路流れにおけるエネルギー損失について理解し、エネルギー線と動水勾配線の作図ができる。
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14週 |
単線管水路の水理:水頭表の作成、エネルギー線と動水勾配線の作図、サイフォンの原理と計算法、水車、ポンプ |
摩擦損失を考慮した平均流公式を理解し、管水路における流速や摩擦損失係数を計算できる。
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15週 |
単線管水路の水理:水頭表の作成、エネルギー線と動水勾配線の作図、サイフォンの原理と計算法、水車、ポンプ |
管水路における全ての損失を計算できる。サイフォンやポンプの原理と計算ができる。
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16週 |
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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 | 建設系分野 | 水理 | ベルヌーイの定理を説明でき、これを応用(ベンチュリーメータなど)した 計算ができる。 | 3 | |
運動量保存則を説明でき、これを応用した計算ができる。 | 3 | |
層流と乱流について、説明できる。 | 3 | |
流体摩擦(レイノルズ応力、混合距離)を説明できる。 | 3 | |
管水路の摩擦以外の損失係数について、説明できる。 | 3 | |
各種の管路の流れが計算できる。 | 3 | |
評価割合
| 定期試験 | 課題 | 小テスト | 合計 |
総合評価割合 | 50 | 20 | 30 | 100 |
専門的能力 | 50 | 20 | 30 | 100 |