流体工学2

科目基礎情報

学校 松江工業高等専門学校 開講年度 2017
授業科目 流体工学2
科目番号 0026 科目区分 専門 / 選択
授業形態 授業 単位の種別と単位数 学修単位: 1
開設学科 機械工学科 対象学年 4
開設期 後期 週時間数 1
教科書/教材 教科書: 学生のための流体力学入門,高尾ほか5名,パワー社演習書: 演習水力学,国清ほか2名,森北出版
担当教員 高尾 学

到達目標

1)「ながれ」を説明する用語(流線・定常流・流管など)を説明できる。
2)「連続の式」が理解(意味・導出・使用)できる。節
3)「実質加速度」が理解(意味・導出・使用)できる。
4)「オイラーの運動方程式」が理解(意味・導出・使用)できる。
5)「ベルヌーイの定理」が理解(意味・導出・使用)できる。
計測理論(ベンチュリ管・ピトー管・オリフィス)が理解できる。
6)「運動量理論」が理解(意味・導出・使用)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
評価項目1「ながれ」を説明する用語(流線・定常流・流管など)を説明できる。「ながれ」を説明する用語(流線・定常流・流管など)を正しく説明できる。「ながれ」を説明する用語(流線・定常流・流管など)を説明できる。「ながれ」を説明する用語(流線・定常流・流管など)を説明できない.
評価項目2「連続の式」が正しく理解(意味・導出・使用)できる「連続の式」が理解(意味・導出・使用)できる「連続の式」が理解(意味・導出・使用)できない.
評価項目3「実質加速度」が正しく理解(意味・導出・使用)できる。「実質加速度」が理解(意味・導出・使用)できる。「実質加速度」が理解(意味・導出・使用)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 1 説明 閉じる
機械工学科 到達目標 M1 機械工学科 基礎知識 説明 閉じる

教育方法等

概要:
流体工学1(4年前期)では,静止している流体に関する力学を学んだ。
流体工学2では,「運動する流体」を学ぶ。キーワードは「流速」である。さらに,流速変化(加速度)は運動方程式により「力」を生じる。具体的には,下記を学ぶ。
流れの状態(3章1節) ・・・ 流れの特徴・種類を学ぶ。
2)質量保存の法則(3.2) ・・・ 流れに1)質量保存則を適用する。
3)流体粒子の加速度(3.3) ・・・ 静止者が見た流れる粒子の加速度を定義。
4)運動方程式(3.4) ・・・ 流れに2)運動方程式をミクロに適用する。
5)エネルギー保存の法則(3.5) ・・・ 2)から3)力学的エネルギー保存則を導く。
6)運動量の法則(3.6) ・・・ 流れに運動方程式をマクロに適用する。
 さらに,流体工学に関する技術者による特別講義を実施する。
授業の進め方・方法:
成績評価は,定期試験(中間・期末)および課題により行い,配点は以下の通りである。
中間試験:45点  期末試験:45点  課題:10点
総合評価で60点以上を得た者を合格とする。
再評価試験については,総合評価で50点以上60点未満の者を対象に1回のみ実施し,その試験で70点以上を得た者を合格(最終成績60点)とみなす。試験の出題範囲は,中間・期末の全範囲である
注意点:
本科目では,流体工学1の単位を取得していることを想定して講義します。したがって,流体工学が苦手な学生は、余分に予習復習が必要になる可能性があります。 また,本科目は学修単位科目であり,1回の講義(90分)あたり90分以上の予習・復習をしているものとして講義・演習を進めます.

授業計画

授業内容 週ごとの到達目標
後期
3rdQ
1週 第3章 流体運動の基礎方程式、3.1流れの状態、3.1.1層流と乱流、3.1.2 定常流と非定常流
目標: 用語(流体、圧力、重力、慣性力、粘性力、流れの運動状態、理想流体、層流、乱流、遷移、レイノルズ数、下臨界レイノルズ数、定常流、一様流)を理解する。
2週 3.1.3 一様流と非一様流、3.1.4 一次元・二次元・三次元・軸対称流れ、3.1.5 流線・流跡線・流脈線
目標: 用語(流速、流量、一次元流れ、軸対称流れ、トレーサー(微粒子)、流線、流管、流跡線、流脈線)を理解する。 
3週  3.2質量保存の法則、3.2.1連続の式、3.2.2オイラーの連続の方程式
目標: 流量(体積流量、質量流量)、「連続の式」を理解する。例題3-1(連)
4週 3.3流体粒子の加速度、3.3.1一次元流れの加速度、3.3.2三次元流れの加速度
目標: 流速(ラグランジュ表示、オイラー表示)と加速度を理解する。
5週  3.4運動方程式、3.4.1一次元流れのオイラーの運動方程式
目標: 完全流体(非圧縮・非粘性)に運動方程式を適用し「オイラーの運動方程式」を導出する。
6週  3.5エネルギー保存の法則、3.51ベルヌーイの定理
目標: オイラーの運動方程式を流線に沿って適用し「ベルヌーイの定理」を導出する。例題3-2(ベル)
7週 3.52ベルヌーイの定理の応用、(1) ベンチュリ管
目標: 演習3-3(ベンチュリ管)
8週   (2) ピトー管、(3) トリチェリの定理(小孔からの流出)                   
目標: 例題3-4(ピトー管)、演習3-2(ピトー管)、演習3-4(オリフィス)、演習3-5(オリフィス)
4thQ
9週 中間試験
第1回~8回までの評価試験を行う。
10週 3.6運動量保存の法則、3.6.1運動量の法則
目標: 例題3-6(管)
11週  3.6.2運動量の法則の応用、(a)曲がり管に働く力、(b)平板に衝突する噴流
目標: 演習3-6(管)、例題3-7(平)
12週  (c)曲面板に衝突する噴流、(d)噴流による推進
目標: 演習3-7(曲)、例題3-8(噴流)
13週  3.6.3角運動量の法則、3.6.4角運動量の法則の応用、(a)散水器、
目標: 角運動量の法則を理解する。例題3-9(散水)、演習3-8(散水)を解く。
14週  3.6.4角運動量の法則の応用、 (b)反動水車、(c)遠心ポンプ
目標: 角運動量の法則を理解し、問題を解く。
15週 期末試験
第9回~14回までの評価試験を行う。
16週 試験の解答、まとめ
試験の解答と講義全体のまとめを行う。

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層流と乱流の違いを説明できる。3
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。3
円管内層流および円管内乱流の速度分布を説明できる。3
ハーゲン・ポアズイユの法則を説明できる。3
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。3
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。3
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。3
流れの中の物体に作用する抗力および揚力について説明できる。3
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。3
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。3

評価割合

試験課題合計
総合評価割合9010100
基礎的能力000
専門的能力9010100
分野横断的能力000