到達目標
第1クオーター開講
1．熱輸送の基本法則を理解し，伝熱三形態の支配方程式を解くことができる．
2．フーリエの法則を理解し，熱流束の計算ができる．
3．ニュートンの冷却の法則を理解し，熱交換器の熱特性の計算ができる．
4．ステファンボルツマンの法則を理解し，放射伝熱の計算ができる．
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)
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教育目標 （Ｅ）④
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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．以下を到達目標とする．
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．
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．
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
伝熱三形態 |
伝熱三形態について理解し，単純な問題の解析ができる．
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| 2週 |
演習 |
伝熱三形態についての演習問題に取り組み，各支配方程式による解析ができる．
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| 3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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| 4週 |
演習 |
熱伝導の演習問題に取り組み，理解を深める．
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| 5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する．
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| 6週 |
演習 |
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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| 7週 |
熱通過と熱抵抗
非定常熱伝導（集中定数系）
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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| 8週 |
演習 |
熱通過や熱伝達に関する問題に取り組み理解を深める．
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| 2ndQ |
| 9週 |
中間試験（熱伝導） |
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| 10週 |
試験問題解説
対流伝熱における速度・温度境界層と熱伝達I |
試験問題の解説を行う．
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する．
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| 11週 |
対流伝熱における速度・温度境界層と熱伝達II |
平板，円管内の熱伝達について理解する．
温度と速度の境界層理論について理解する．
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| 12週 |
対流伝熱における速度・温度境界層と熱伝達III |
温度と速度の境界層理論について理解する．
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| 13週 |
演習 |
対流伝熱の演習問題に取り組み理解を深める．
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| 14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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| 15週 |
期末試験（熱伝導，熱伝達） |
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| 16週 |
期末試験解説
演習 |
試験問題の解説を行う．
前期を通しての演習問題に取り組み理解を深める．
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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 |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 機械系分野 | 熱流体 | 伝熱の基本形態を理解し、各形態における伝熱機構を説明できる。 | 4 | |
| フーリエの法則および熱伝導率を説明できる。 | 4 | |
| 平板および多層平板の定常熱伝導について、熱流束、温度分布、熱抵抗を計算できる。 | 4 | |
| 対流を伴う平板の定常熱伝導について、熱流束、温度分布、熱通過率を計算できる。 | 4 | |
| ニュートンの冷却法則および熱伝達率を説明できる。 | 4 | |
| 自然対流と強制対流、層流と乱流、温度境界層と速度境界層、局所熱伝達率と平均熱伝達率を説明できる。 | 4 | |
| 平板に沿う流れ、円管内の流れ、円管群周りの流れなどについて、熱伝達関係式を用いることができる。 | 4 | |
| 黒体の定義を説明できる。 | 4 | |
| プランクの法則、ステファン・ボルツマンの法則、ウィーンの変位則を説明できる。 | 4 | |
| 単色ふく射率および全ふく射率を説明できる。 | 4 | |
評価割合
| 試験 | 小テスト | 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 | 10 | 5 | 15 | 30 |
| 思考・推論・創造への適用力 | 50 | 15 | 5 | 70 |