到達目標
1.熱輸送の基本法則を理解し,伝熱三形態の支配方程式から伝熱量を計算できる.
2.フーリエの法則(熱伝導)を理解し,熱流束の計算ができる.
3.ニュートンの冷却の法則(熱伝達)を理解し,伝熱量の計算ができる.
ルーブリック
| 優れた到達レベルの
目安 | 良好な到達レベルの
目安 | 最低限の到達レベルの
目安 | 未到達レベルの
目安 |
伝熱三形態 | 身近な熱現象について伝熱三形態を用いた考察ができる. | 伝熱三形態の支配方程式を用いて複合的な解析ができる. | 伝熱三形態を理解し,支配方程式を使うことができる. | 伝熱三形態を説明することができず,支配方程式を用いて計算できない. |
熱伝導 | 非定常熱伝導方程式を導出でき,熱抵抗,熱通過について説明,解析及びフーリエの法則を用いた解析ができる. | 熱抵抗,熱通過率を用いて,熱流束を計算できる. | フーリエの法則を用いた計算ができる. | フーリエの法則を理解できておらず計算出来ない. |
熱伝達 | ニュートンの冷却の法則,境界層について理解し,平板,円管内の熱伝達率の計算及び熱交換器の伝熱特性の解析ができる. | 平板,円管内の熱伝達率の計算ができる. | ニュートンの冷却の法則を用いた計算ができる. | ニュートンの冷却の法則を用いた計算ができない. |
学科の到達目標項目との関係
JABEE (C)
説明
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教育目標 (E)④
説明
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教育方法等
概要:
エネルギーの保存則と熱エネルギーの輸送,さらにはエネルギーの利用システムに関する基礎を学ぶことを目的とする.なかでも熱輸送の基礎理論の修得を目指し,熱伝導,熱伝達,放射伝熱の伝熱三形態を中心として講義を展開する.
授業の進め方・方法:
この授業では,式の導出や問題の解答は積極的に学生に取り組んでもらう.その導出の中でポイントとなる伝熱の知識を示していく.内容は熱の伝わりを考えることであるが,目に見えないためイメージしづらい側面がある.そこで身近な熱現象を紹介しつつ,イメージできるように工夫したい.
この科目は学修単位科目のため,事前・事後学習としてレポートやオンラインテストを実施します.
注意点:
エネルギー保存則と熱エネルギーの輸送やエネルギー利用の基礎を学ぶ科目になります.機械設計では熱管理の技術は必要不可欠であり,技術者にとって最も重要な知識になります.熱輸送の基礎理論を習得することを目標に,熱伝導,熱伝達,放射伝熱の伝熱三形態を中心に展開します.熱力学と水力学,流体力学の知識が必要になるため,しっかりと復習しておいてください.
近年,エネルギーに関する問題が様々取り上げられており,太陽光発電や燃料電池などのクリーンエネルギーが注目されています.しかし,発電所が完全になくなることは現実的ではなく,引き続き利用されることが想定されます.本講義では発電に用いられる熱交換器の設計手法はもちろん,家屋の断熱技術などを学ぶことができます.身近な熱現象と講義の内容をリンクさせ,熱管理の知識を習得してください.
学期内に成績を再評価する場合がある。
授業の属性・履修上の区分
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
前期 |
1stQ |
1週 |
エネルギー保存則と伝熱三形態
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伝熱三形態について理解し,単純な問題の計算ができる.
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2週 |
熱伝導の基礎,フーリエの法則,一次元定常熱伝導 |
フーリエの法則を理解し,一次元定常の熱伝導の計算ができる.
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3週 |
熱伝導方程式の導出 |
エネルギーの収支から熱伝導方程式を導き,非定常の意味を理解できる. 様々な系の熱伝導方程式を導き,熱伝導の理解を深める.
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4週 |
熱通過と熱抵抗と非定常熱伝導(集中定数系)とニュートンの冷却の法則 |
熱通過,熱抵抗の意味を理解し,伝熱量の計算ができる.また集中定数系の非定常計算及び熱伝達率の計算ができる.
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5週 |
対流伝熱における速度・温度境界層と熱伝達I |
層流と乱流の対流熱伝達について理解する.また局所熱伝達率と平均熱伝達率について理解できる.
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6週 |
対流伝熱における速度・温度境界層と熱伝達II 対流伝熱における速度・温度境界層と熱伝達III |
平板,円管内の熱伝達について理解できる. 温度と速度の境界層理論について理解できる.
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7週 |
次元解析と熱伝達率の無次元表示 |
無次元数の意味を理解し,無次元化による式表現ができる.
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8週 |
期末試験 期末試験解説 |
期末試験を行う. 試験の返却・解説を行う.
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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 |
評価割合
| 試験 | 小テスト | 事前・事後学習レポート | 合計 |
総合評価割合 | 60 | 20 | 20 | 100 |
知識の基本的な理解 | 30 | 10 | 20 | 60 |
思考・推論・創造への適用力 | 30 | 10 | 0 | 40 |