概要:
・熱輸送の三形態を理解し，エネルギー輸送式を説明できる。
・各伝熱形態における基礎的な式を用いた計算ができる。
・伝熱工学を簡単な実例に適用して，熱輸送を解析することが出来る。
・伝熱に関する数値計算を行うことが出来る。
授業の進め方・方法:
前半の講義は教科書にそって進めていく。後半の数値計算の講義については，オリジナルの資料を配布する。
注意点:
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
ガイダンス
熱輸送の三形態
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熱輸送の三形態について説明できる。
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| 2週 |
輸送定数
無次元相間式 |
輸送定数について説明できる。
輸送定数を決定するために，無次元相間式を使うことができる。
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| 3週 |
沸騰・凝縮による熱輸送
沸騰曲線 |
沸騰曲線について説明できる。
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| 4週 |
保存量に対する収支の考え方
連続の式の導出 |
収支式を説明できる。
収支式の考え方を質量に対して適用し，連続の式を導出できる。
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| 5週 |
熱伝導方程式
円筒座標系・球座標系における定式化 |
収支式の考え方を熱エネルギーに対して適用し，熱伝導方程式を導出できる。
さまざまな座標系における収支式を導出できる。
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| 6週 |
差分化
FTCS法
陽解法の安定条件 |
差分化について説明できる。
陽解法の安定条件について説明できる。
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| 7週 |
BTCS法
陰解法の安定条件
クランク・ニコルソン法 |
陰解法の安定条件について説明できる。
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| 8週 |
物性値が変化する場合
格子間隔が不均一な場合
生成項の線形化
多次元への拡張 |
熱伝導方程式および差分式の一般の場合について，説明できる。
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| 2ndQ |
| 9週 |
境界条件
第1種境界条件
第2種境界条件 |
熱伝導方程式および差分式の境界条件について，説明できる。
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| 10週 |
数値計算演習
Excelによる1次元非定常熱伝導問題
Excelによる2次元定常熱伝導問題 |
簡単な熱伝導方程式の数値計算を行うことができる。
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| 11週 |
Octaveによる数値計算 |
Octaveを用いて数値演算を行うことができる。
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| 12週 |
Octaveによる連立一次方程式の求解 |
Octaveを用いて連立一次方程式の計算を行うことができる。
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| 13週 |
数値計算演習
多次元の非定常熱伝導問題 |
熱伝導方程式の数値計算を行うことができる。
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| 14週 |
数値計算演習
多次元の非定常熱伝導問題 |
熱伝導方程式の数値計算を行うことができる。
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| 15週 |
数値計算演習
多次元の非定常熱伝導問題 |
熱伝導方程式の数値計算を行うことができる。
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| 16週 |
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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 |
| 基礎的能力 | 数学 | 数学 | 数学 | 簡単な1変数関数の局所的な1次近似式を求めることができる。 | 5 | 前4,前5,後3,後4 |
| 1変数関数のテイラー展開を理解し、基本的な関数のマクローリン展開を求めることができる。 | 5 | 前4,前5,後3,後4 |
| 自然科学 | 物理 | 熱 | 時間の推移とともに、熱の移動によって熱平衡状態に達することを説明できる。 | 5 | 前4,前5,後2 |
| 物体の熱容量と比熱を用いた計算ができる。 | 5 | 前4,前5,後2 |
| 熱量の保存則を表す式を立て、熱容量や比熱を求めることができる。 | 5 | 前4,前5,後2 |
| 工学基礎 | 工学実験技術(各種測定方法、データ処理、考察方法) | 工学実験技術(各種測定方法、データ処理、考察方法) | 実験テーマの目的に沿って実験・測定結果の妥当性など実験データについて論理的な考察ができる。 | 5 | 前13,前14,前15,後7 |
| 実験ノートや実験レポートの記載方法に沿ってレポート作成を実践できる。 | 5 | 前13,前14,前15,後7 |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 機械系分野 | 熱流体 | 熱力学の第一法則を説明できる。 | 5 | 前4,前5,後14 |
| 情報処理 | プログラムを実行するための手順を理解し、操作できる。 | 5 | 前11,前12,後9,後10,後14 |
| 算術演算および比較演算のプログラムを作成できる。 | 5 | 前11,前12,後9,後10,後14 |
| データを入力し、結果を出力するプログラムを作成できる。 | 5 | 前11,前12,後9,後10,後14 |
| 条件判断プログラムを作成できる。 | 5 | 前11,前12 |
| 繰り返し処理プログラムを作成できる。 | 5 | 前11,前12 |
| 一次元配列を使ったプログラムを作成できる。 | 5 | 前11,前12 |
| 分野横断的能力 | 総合的な学習経験と創造的思考力 | 総合的な学習経験と創造的思考力 | 総合的な学習経験と創造的思考力 | 工学的な課題を論理的・合理的な方法で明確化できる。 | 5 | 前13,前14,前15 |