応用流体工学

科目基礎情報

学校 有明工業高等専門学校 開講年度 平成31年度 (2019年度)
授業科目 応用流体工学
科目番号 0034 科目区分 専門 / 選択
授業形態 授業 単位の種別と単位数 学修単位: 2
開設学科 生産情報システム工学専攻 対象学年 専1
開設期 後期 週時間数 1
教科書/教材 教員作成教材
担当教員 坪根 弘明

到達目標

1.水力学・流体工学に関する基本的事項,三次元の連続の式・二次元の運動方程式を理解し,説明できる.
2.平行平板間の流れを理解し,平行平板間における粘性流体・定常層流の解析解を求め,説明できる.
3.SIMPLE法による二次元流れの解析について,解法を理解できるとともに,平行平板間の流れの事例に対して,エクセルを用いてシミュレーションすることができる.

ルーブリック

理想的な到達レベルの目安 標準的な到達レベルの目安未到達レベルの目安
評価項目1水力学・流体工学に関する基本的事項,三次元の連続の式および二次元の運動方程式を理解し,正しい語句を使用して詳細に説明できる.水力学・流体工学に関する基本的事項,三次元の連続の式および二次元の運動方程式を理解し,説明できる.水力学・流体工学に関する基本的事項,三次元の連続の式および二次元の運動方程式を理解していない,あるいは説明できない.
評価項目2平行平板間の流れ,平行平板間における粘性流体・定常層流における解析を理解し,正しい語句を使用して詳細に説明できる.平行平板間の流れ,平行平板間における粘性流体・定常層流における解析を理解し,説明できる.平行平板間の流れ,平行平板間における粘性流体・定常層流における解析を理解していない,あるいは説明できない.
評価項目3SIMPLE法による二次元流れの解析について,解法を理解できるとともに,平行平板間の流れの事例に対して,エクセルを用いてシミュレーションすることができ,正しい語句を使用して詳細に説明できる.SIMPLE法による二次元流れの解析について,解法を理解できるとともに,平行平板間の流れの事例に対して,エクセルを用いてシミュレーションすることができ,説明できる.SIMPLE法による二次元流れの解法や平行平板間の流れの事例に対して,エクセルを用いたシミュレーションを理解していない,もしく説明できない.

学科の到達目標項目との関係

学習・教育到達度目標 B-2

教育方法等

概要:
本科で学んだ水力学および流体工学は実際に多く応用されている.本科目では具体的な応用例の一つとして,エクセルを用いて身近な流れを計算できることは有意義である.また,本科で学んだ水力学および流体工学の知識を発展させ,オイラーの運動方程式に粘性項を追加したナビエ-ストークスの方程式を学ぶ.さらに,工学分野では非常によく用いるエクセルを利用したシミュレーションを学ぶことで,今日では様々な分野で利用されているCFDの基礎を学ぶことができ,エンジニアとしての基本的な資質を高めることができる.
 本科目では,下記に示すような流れのシミュレーションを行う上で基礎となる水力学・流体工学に関する事項をより深く学びことができる.また,エクセルを用いたシミュレーションを通して,数値流体工学の基礎を学び,解析解と理論解との違いを理解することができる.
1) 水力学・流体工学に関する基本的事項
2) 三次元の連続の式
3) 理想流体の二次元の運動方程式
4) 平行平板間の流れ
5) ナビエ-ストークスの方程式
6) 数値解析の解法(Simple法)
7) エクセルを利用したシミュレーション
授業の進め方と授業内容・方法:
前半は講義,後半は演習を中心とし,1回の授業ごとに前回の復習を行ってから次の内容の学習に入る.また,ある程度学習した時点でレポートや演習課題を提出する.
注意点:
本科で学んだ水力学,流体工学の知識があると理解しやすい.

授業計画

授業内容・方法 週ごとの到達目標
後期
1週 水力学・流体工学の基本的事項① 水力学・流体工学の基本的事項を理解できる
2週 水力学・流体工学の基本的事項② 水力学・流体工学の基本的事項を理解できる
3週 水力学・流体工学の基本的事項③ 水力学・流体工学の基本的事項を理解できる
4週 三次元の連続の式 三次元の連続の式を理解できる
5週 二次元の運動方程式 二次元のオイラーの運動方程式を理解できる
6週 平行平板間の流れ 平行平板間の流れを理解できる
7週 ナビエ-ストークスの方程式 ナビエ-ストークスの方程式を理解できる
8週 【後期中間試験】
9週 数値解法の基本的事項① 数値解法の用語や格子,解放などの基本的事項について理解できる
10週 数値解法の基本的事項② 数値解法の用語や格子,解放などの基本的事項について理解できる
11週 数値解法の基本的事項③ 数値解法の用語や格子,解放などの基本的事項について理解できる
12週 エクセルを利用した流れのシミュレーション① エクセルを利用した流れの解法について理解できる
13週 エクセルを利用した流れのシミュレーション② エクセルを利用した流れの解法について理解できる
14週 エクセルを利用した流れのシミュレーション③ エクセルを利用した流れの解法について理解できる
15週 【期末試験もしくは試験に相当するレポート提出】
16週 テストもしくはレポート返却と解説

評価割合

試験発表相互評価態度ポートフォリオその他合計
総合評価割合30000700100
基礎的能力0000000
専門的能力30000700100
分野横断的能力0000000