流体力学

科目基礎情報

学校	津山工業高等専門学校	開講年度	令和03年度 (2021年度)
授業科目	流体力学
科目番号	0032	科目区分	専門 / 選択
授業形態	講義	単位の種別と単位数	学修単位: 2
開設学科	機械・制御システム工学専攻	対象学年	専2
開設期	前期	週時間数	2
教科書/教材	教科書：神部勉，石井克哉「流体力学」（裳華房）
担当教員	佐伯 文浩

到達目標

学習目的：流体に関する諸問題や現象を理論的に解析する基礎能力を身につける。

到達目標
１ 完全流体の運動に関する基礎方程式を理解し，代表的な流れを解析できる。
２ 圧縮性流体の運動に関する基礎方程式を理解し，代表的な流れを解析できる。
３ 粘性流体の運動に関する基礎方程式を理解し，代表的な流れを解析できる。

ルーブリック

	優	良	可	不可
評価項目1	完全流体に関する代表的な流れを解析し，方程式と解について物理的な観点から説明できる。	完全流体の運動に関する基礎方程式について説明でき，代表的な流れを解析できる。	完全流体の運動に関する基礎方程式について説明できる。	左記に達していない。
評価項目2	圧縮性流体に関する代表的な流れを解析し，方程式と解について物理的な観点から説明できる。	圧縮性流体の運動に関する基礎方程式について説明でき，代表的な流れを解析できる。	圧縮性流体の運動に関する基礎方程式について説明できる。	左記に達していない。
評価項目3	粘性流体に関する代表的な流れを解析し，方程式と解について物理的な観点から説明できる。	粘性流体の運動に関する基礎方程式を説明でき，代表的な流れを解析できる。	粘性流体の運動に関する基礎方程式について説明できる。	左記に達していない。

教育方法等

概要:

※実務との関係：この科目は，企業で燃焼施設の排ガス測定や温泉水発電実証事業などに従事していた教員が，その経験を活かし，流体力学の基礎について講義形式で授業を行うものである。

一般・専門の別：専門

学習の分野：エネルギーと流れ

基礎となる学問分野：工学/機械工学/流体工学

専攻科学習目標との関連：本科目は専攻科学習目標「(2)材料と構造，運動と振動，エネルギーと流れ，情報と計測・制御，設計と生産・管理，機械とシステムなどの専門分野技術の知識を修得し，機械やシステムの設計・製作・運用に活用できる能力を身につける」に相当する科目である。

技術者教育プログラムとの関連：本科目が主体とする学習・教育到達目標は「（Ａ）技術に関する基礎知識の深化，Ａ－２：｢材料と構造｣，｢運動と振動｣，「エネルギーと流れ」，「情報と計測・制御」，「設計と生産・管理」，「機械とシステム」に関する専門技術分野の知識を修得し，説明できること」である。

授業の概要：本科の流体工学では，現象の物理的意味の理解に主眼を置いて，水力学的アプローチから解説を行った。これに対して本科目では，流体力学的アプローチから流体運動に関する基礎式の導出と代表的な流れについて解説を行う。

授業の進め方・方法:

授業の方法：板書あるいはスライドにより基本概念や式の導出に関する解説を行い，理解が深まるように，適宜，演習・レポートを課す。

成績評価方法：試験（７０％）と演習・レポート（３０％）を総合的に評価する。試験には自筆ノート・電卓等の持ち込みを許可する場合がある。成績が６０点未満の学生に対して再試験を実施する場合がある。その場合，定期試験と再試験の平均点を試験分として成績を再評価する。ただし，再評価による成績の上限は６０点とする。

注意点:

履修上の注意：本科目は「授業時間外の学修を必要とする科目」である。当該授業時間と授業時間外の学修を合わせて，１単位あたり４５時間の学修が必要である。授業時間外の学修については，担当教員の指示に従うこと。

履修のアドバイス：予備知識として数学（微分方程式，ベクトル解析，複素関数等）の知識が必要になるため，事前に行う準備学習として，これらの基礎をよく復習しておくこと。

基礎科目：線形数学（3年），応用数学Ⅱ（4），流体工学（４），熱力学（４），数学特論（５），エネルギーシステム工学（専1）など

関連科目：計算力学（専２年）など

受講上のアドバイス：理解を深めるために，演習やレポートには主体的に取り組み，必要に応じて基礎科目を復習すること。２０分を越える遅刻・早退は１欠課，６５分を越える遅刻・早退は２欠課とする。

授業の属性・履修上の区分

遠隔授業対応

実務経験のある教員による授業

選択

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
前期
	1stQ
		1週	ガイダンス 流体運動の基礎（運動の記述，変形運動，回転運動） 授業時間外の学習内容：課題（１）流体運動	流体運動の記述の基礎を理解し，変形運動や回転運動を数学的に表現できる。
		2週	流体の性質（体積力と面積力，応力，ニュートン流体と完全流体）	流体に作用する力を説明でき，流体を分類できる。
		3週	基礎方程式１（質量保存則，運動量保存則） 授業時間外の学習内容：課題（２）連続の式と運動方程式	連続の式と運動方程式の導出過程を説明できる。
		4週	基礎方程式２（渦度方程式，エネルギー保存則） 授業時間外の学習内容：課題（３）渦度方程式とエネルギー方程式	渦度方程式とエネルギー方程式の導出過程を説明できる。
		5週	完全流体の運動１（ポテンシャル流の基本定理）	ポテンシャル流の基本定理について説明できる。
		6週	完全流体の運動２（さまざまなポテンシャル流） 授業時間外の学習内容：課題（４）ポテンシャル流	さまざまなポテンシャル流の解を求めることができる。
		7週	２次元の非圧縮・渦なし流れ１（流れ関数，複素速度ポテンシャル）	流れ関数と複素速度ポテンシャルについて説明できる。
		8週	２次元の非圧縮・渦なし流れ２（流れ場の例）	代表的な２次元非圧縮・渦なし流れの解を求めることができる。
	2ndQ
		9週	２次元の非圧縮・渦なし流れ３（等角写像，ジューコフスキー変換，物体に作用する力） 授業時間外の学習内容：課題（５）２次元の非圧縮・渦なし流れ	等角写像，ジューコフスキー変換，物体に作用する力について説明できる。
		10週	圧縮性流体１（音波）	圧縮性流体の方程式から波動方程式を導出でき，波動方程式の解について説明できる。
		11週	圧縮性流体２（衝撃波） 授業時間外の学習内容：課題（６）ランキン－ユゴニオ関係式	衝撃波について説明でき，ランキン－ユゴニオ関係式を導出できる。
		12週	粘性流体の流れ１（基礎方程式と境界条件，相似則） 授業時間外の学習内容：課題（７）相似則	粘性流体の基礎方程式と境界条件を説明できる。また，相似則の物理的な意味と流れの分類について説明できる。
		13週	粘性流体の流れ２（平行流，低レイノルズ数の流れ） 授業時間外の学習内容：課題（８）平行流	代表的な平行流の解を求めることができる。また，低レイノルズ数流れの方程式について説明できる。
		14週	粘性流体の流れ３（高レイノルズ数の流れ）	高レイノルズ流れの方程式と境界層について説明できる。
		15週	期末試験
		16週	試験の答案返却と解答解説

評価割合

	試験	演習・課題	合計
総合評価割合	70	30	100
基礎的能力	0	0	0
専門的能力	70	30	100
分野横断的能力	0	0	0