到達目標
流体工学のエネルギー保存則を表すベルヌーイの定理を理解し、実際の管路設計等に応用できる能力を身に付ける。また、ナビエ・ストークスの運動方程式の意味がわかるレベルに到達する。
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 |
| 理想流体の運動 | 理想流体の運動を理解し、他条件でも解析ができる | 理想流体の運動を理解している | 理想流体の運動を理解していない |
| ベルヌーイの定理と運動量保存 | ベルヌーイの定理と運動量保存を理解し、他条件でも解析ができる | ベルヌーイの定理と運動量保存を理解している | ベルヌーイの定理と運動量保存を理解していない |
| 粘性流体の運動 | 粘性流体の運動を理解し、他条件でも解析ができる | 粘性流体の運動を理解している | 粘性流体の運動を理解していない |
| 管路内の圧力損失 | 管路内の圧力損失の計算ができる | 管路内の圧力損失を理解している | 管路内の圧力損失を理解していない |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
水・空気に代表される「流体」の特性とその流れの力学の基本的事項を理解する。流体の粘性、圧縮性が運動に果たす役割、静止流体の圧力や浮力、流体運動を支配する連続の方程式、オイラーの運動方程式、ベルヌーイの定理、ナビエ・ストークスの運動方程式を学習する。
授業の進め方・方法:
[15分]前回の課題レポートの解説 [60分]基本事項の確認 [15分]課題レポート
注意点:
・事前学習：教科書を一読すること
・事後学習：授業中に行った演習問題の復習をし，値により結果がどのように変化するか考察すること。課題レポートが終わっていない場合は取り組み、必ず提出すること。
授業計画
|
|
週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
Orientationと流体力学の概説、レイノルズ数 |
本授業の全体論とレイノルズ数について説明できる。
|
| 2週 |
理想流体の運動 流体力学で必要になる数学 |
ベクトルの内積と外積、完全微分方程式が理解できる。
|
| 3週 |
理想流体の運動 流れの観察、連続の方程式 |
流れを観察する方法と連続の方程式を説明できる。
|
| 4週 |
理想流体の運動 連続の式、定常流と非定常流、オイラーの運動方程式 |
連続の式、定常流と非定常流の違い、オイラーの運動方程式を理解できる。
|
| 5週 |
理想流体の運動 流線と流管、流れ関数 |
流線と流感の違いが説明できる。流線の方程式から流れ関数が導出できる。
|
| 6週 |
理想流体の運動 流体の変形と回転 |
流体の変形と回転を説明できる。
|
| 7週 |
理想流体の運動 速度ポテンシャル |
速度ポテンシャルを求めることができる。
|
| 8週 |
前期前半のまとめ |
1-7週で学習した内容をより深く説明および計算ができる。
|
| 2ndQ |
| 9週 |
エネルギー保存 ベルヌーイの定理 |
ベルヌーイの定理を導出し説明ができる。
|
| 10週 |
エネルギー保存 ベルヌーイの定理の応用 |
ベルヌーイの定理を応用し、トリチェリの定理の導出、ピトー管を用いて流速の測定、ベンチュリ管を用いて流量の測定が可能になる。
|
| 11週 |
運動量の法則 運動量保存則 |
流体の運動量保存則を導出できる。
|
| 12週 |
運動量の法則 運動量の法則の応用(1) |
運動量の法則を用いて、物体に作用する力の計算ができる。
|
| 13週 |
運動量の法則 運動量の法則の応用(2) |
運動量の法則を用いて、物体に作用する力の計算ができる。
|
| 14週 |
角運動量の法則 |
角運動量の法則を導出し説明することができる。散水器の回転数を計算することができる。
|
| 15週 |
試験返却・前期後半のまとめ |
9-14週で学習した内容をより深く説明および計算ができる。
|
| 16週 |
|
|
| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
粘性流体の運動 応力について,応力と速度の関係 |
応力について、応力と速度の関係について説明できる。
|
| 2週 |
粘性流体の運動 ナビエ・ストークスの運動方程式 |
ナビエ・ストークスの運動方程式を導出できる。
|
| 3週 |
粘性流体の運動 ナビエ・ストークス方程式の幾つかの解(1) |
粘性流体の流れをナビエ・ストークスの運動方程式から求めることができる。
|
| 4週 |
粘性流体の運動 ナビエ・ストークス方程式の幾つかの解(2) |
粘性流体の流れをナビエ・ストークスの運動方程式から求めることができる。
|
| 5週 |
境界層、はく離、円柱周りの流れ |
境界層の存在とはく離が生じる現象、さらに円柱周りの流れについて説明できる。
|
| 6週 |
抗力と揚力 |
抗力と揚力について理解し計算ができる。
|
| 7週 |
次元解析 ロード・レイリーの方法 |
次元解析の基礎を説明できる。
|
| 8週 |
後期前半のまとめ |
1-7週で学習した内容をより深く説明および計算ができる。
|
| 4thQ |
| 9週 |
次元解析 バッキンガムのπ定理 |
バッキンガムのπ定理を用いて、実用式を導出できる。
|
| 10週 |
相似則 概念、代表的な無次元数 |
レイノルズ相似則とレイノルズ数、および他の無次元数について説明できる。
|
| 11週 |
管路内の流れ 層流､乱流 |
層流､乱流について説明できる。
|
| 12週 |
速度分布 臨界レイノルズ数、遷移、速度分布 |
臨界レイノルズ数、遷移、速度分布について説明できる。
|
| 13週 |
圧力損失 管摩擦損失係数、管路の諸損失、ダルシー・ワイズバッハの式 |
管摩擦損失係数、管路の諸損失、ダルシー・ワイズバッハの式について説明できる。
|
| 14週 |
ムーディー線図、管路系の総損失、ポンプ動力 |
ムーディー線図、管路系の総損失、ポンプ動力について説明できる。
|
| 15週 |
試験返却・後期後半のまとめ |
9-14週で学習した内容をより深く説明および計算ができる。
|
| 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 |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 機械系分野 | 熱流体 | 定常流と非定常流の違いを説明できる。 | 4 | 前1 |
| 流線と流管の定義を説明できる。 | 4 | 前5 |
| 連続の式を理解し、諸問題の流速と流量を計算できる。 | 4 | 前3,前4 |
| オイラーの運動方程式を説明できる。 | 4 | 前4 |
| ベルヌーイの式を理解し、流体の諸問題に適用できる。 | 4 | 前9,前10 |
| 運動量の法則を理解し、流体が物体に及ぼす力を計算できる。 | 4 | 前11,前12,前13 |
| 層流と乱流の違いを説明できる。 | 4 | 後11 |
| レイノルズ数と臨界レイノルズ数を理解し、流れの状態に適用できる。 | 4 | 後12 |
| ダルシー・ワイスバッハの式を用いて管摩擦損失を計算できる。 | 4 | 後13 |
| ムーディー線図を用いて管摩擦係数を求めることができる。 | 4 | 後14 |
| 境界層、はく離、後流など、流れの中に置かれた物体の周りで生じる現象を説明できる。 | 4 | 後5 |
| 抗力について理解し、抗力係数を用いて抗力を計算できる。 | 4 | 後6 |
| 揚力について理解し、揚力係数を用いて揚力を計算できる。 | 4 | 後6 |
評価割合
| 試験 | 課題レポート | 合計 |
| 総合評価割合 | 80 | 20 | 100 |
| 基礎的能力 | 0 | 0 | 0 |
| 専門的能力 | 80 | 20 | 100 |