概要:
流れを理論的にとらえ、方程式を使って流れ場の記述が行えるようにし、実際の流れ場に作用する流体力をあらかじめ予測する手法を理解する。
(1)完全流体 (2)粘性流体 (3)境界層
授業の進め方・方法:
講義形式の授業ではあるが、個人ワーク、ペアワーク、グループワークを主体とした学習を中心とする。数学および物理の知識を元にした式の展開だけでなく、ICTツールを用いた流体の支配方程式の理解も深める。
注意点:
最終成績 ＝ 小テスト × 0.3 ＋ 課題 × 0.3 ＋ 前期末試験 ×0.4
この科目は学修単位科目のため，以下のような自学自習を必要とします。
・事前事後に該当範囲を学習する。（合計7時間）
・課題を授業時間外に行う。（合計8時間）
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
流体の性質：流れの例と流体の性質 |
流れの例と流体の性質について説明できる
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| 2週 |
流体運動の基礎式(1)：運動の表示法と加速度 |
運動の表示法と加速度について説明できる
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| 3週 |
流体運動の基礎式(2)：連続の方程式と運動方程式 |
連続の方程式と運動方程式を導くことができる
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| 4週 |
流体運動の基礎式(3)：流体の運動の特徴 |
流体の運動の特徴を説明できる
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| 5週 |
完全流体の運動(1)：完全流体の運動方程式とベルヌーイの定理 |
完全流体の運動方程式とベルヌーイの定理を使って流れを表すことができる
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| 6週 |
完全流体の運動(2)：速度ポテンシャルおよび流れ関数 |
速度ポテンシャルおよび流れ関数で流れ場を説明することができる
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| 7週 |
完全流体の運動(3)：複素速度ポテンシャル |
複素速度ポテンシャルで流れ場を説明することができる
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| 8週 |
完全流体の運動(3)：単純な流れと重ね合わせ、等角写像 |
単純な流れと重ね合わせ、等角写像をつかって完全流体の流れ場を表すことができる
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| 2ndQ |
| 9週 |
完全流体の運動(4)：ブラジウスの公式 |
ブラジウスの公式を使って流体力を計算できる
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| 10週 |
渦運動と翼理論(1)：渦運動の性質 |
渦運動の性質を説明できる
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| 11週 |
渦運動と翼理論(2)：循環のある円柱まわりの流れとジューコフスキー翼 |
循環のある円柱まわりの流れの流体力を計算できる
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| 12週 |
粘性流体の運動(1)：力学的相似とナビエ・ストークス方程式の解と遅い流れ |
力学的相似、ナビエ・ストークス方程式をつかって流れ場の速度分布を求めることができる。
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| 13週 |
粘性流体の運動(2)：力学的相似とナビエ・ストークス方程式の解と遅い流れ |
力学的相似の関係を使って流れ場を理解することができる
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| 14週 |
境界層：境界層と境界層方程式、およびその性質 |
境界層の性質を理解し、境界層制御の方法を説明することができる
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| 15週 |
期末試験 |
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| 16週 |
答案返却 |
試験問題の解答と説明
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| 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 | 流体の定義と力学的な取り扱い方を理解し、適用できる。 | 4 | |
| 流体の性質を表す各種物理量の定義と単位を理解し、適用できる。 | 4 | |
| ニュートンの粘性法則、ニュートン流体、非ニュートン流体を説明できる。 | 4 | |
| 絶対圧力およびゲージ圧力を説明できる。 | 4 | |
| パスカルの原理を説明できる。 | 4 | |
| 液柱計やマノメーターを用いた圧力計測について問題を解くことができる。 | 4 | |
| 平面や曲面に作用する全圧力および圧力中心を計算できる。 | 4 | |
| 物体に作用する浮力を計算できる。 | 4 | |
| 定常流と非定常流の違いを説明できる。 | 4 | |
| 流線と流管の定義を説明できる。 | 4 | |
| 連続の式を理解し、諸問題の流速と流量を計算できる。 | 4 | |
| オイラーの運動方程式を説明できる。 | 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 | |
| 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 | |
| 層流と乱流の違いを説明できる。 | 4 | |
| 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 | |
| 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 | |
| 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 | |
| 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 | |
| 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 | |
| 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 | |