流動システム工学

科目基礎情報

学校 北九州工業高等専門学校 開講年度 平成29年度 (2017年度)
授業科目 流動システム工学
科目番号 0164 科目区分 専門 / 必修
授業形態 授業 単位の種別と単位数 履修単位: 3
開設学科 制御情報工学科 対象学年 5
開設期 通年 週時間数 3
教科書/教材 「学生のための流体力学入門」 利光 和彦, 菊川 裕規, 早水 庸隆, 樫村 秀男, 安信 強, 高尾 学 (パワー社)
担当教員 樫村 秀男

目的・到達目標

1. 層流と乱流の違い、レイノルズ数を説明できる。
2. オイラーの運動方程式、エネルギー保存則、ベルヌーイの式を説明できる。
3. ピトー管、ベンチュリー管、オリフィスを用いた流量や流速の測定原理を説明できる。
4. ダルシー・ワイズバッハの式や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。
5. 流れの中の物体に作用する抗力、揚力を説明および計算できる。
6. 圧縮性流れの特徴が説明でき、等エントロピー流れの基本的な計算ができる。

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 流れの可視化と保存則の原理を理解し、計算できる。流れの可視化と保存則について授業で教えた内容をもとに計算できる。流れの可視化と保存則の原理を理解できず、計算できない。
評価項目2管内および物体まわりの流れの原理を理解し、計算できる。管内および物体まわりの流れについて授業で教えた内容をもとに計算できる。管内および物体まわりの流れの原理を理解できず、計算できない。
評価項目3圧縮性流れの特徴と分類について理解し、計算できる。圧縮性流れの特徴と分類について授業で教えた内容をもとに計算できる。圧縮性流れの特徴と分類について理解できず、計算できない。

学科の到達目標項目との関係

教育方法等

概要:
多岐にわたる流れ学に関する事項のうち、基礎的でかつ重要と思われる部分を総括的に学習することを目的とす
る。前半は円管内の流れや円柱などの物体周りの流れを中心に、後半は近年、種々の工業分野で重要性を増してき
た圧縮性流れについて学習する。
授業の進め方と授業内容・方法:
微分方程式などの高度な数学的手法をあまり用いずに、図や写真を用いて流れの中で生じる種々の現象について
理解を深める。授業の最後に可能な限り、簡単な練習問題を取り入れる。前期は水力学、後期は熱力学に関する基
本的な知識が必要である。
注意点:
前期は水力学、後期は熱力学に関する基本的な知識が必要である。授業内容の理解に努めること。また、授業で演習を行うので、電卓を持参すること。

授業計画

授業内容・方法 週ごとの到達目標
前期
1stQ
1週 1.流れの分類と可視化方法
流れの可視化法、粘性と圧縮性、
一様流と非一様流、流れの次元
流れの分類と可視化方法が説明できる。
2週 2.運動方程式
流体粒子の加速度、オイラーの運動方程式
運動方程式が説明でき、計算できる。
3週 3.エネルギー保存の法則
ベルヌーイの定理、ピトー管、ベンチュリー管、オリフィス
エネルギー保存の法則が説明でき、法則を使った計算できる。
4週 3.エネルギー保存の法則
ベルヌーイの定理、ピトー管、ベンチュリー管、オリフィス
エネルギー保存の法則が説明でき、法則を使った計算できる。
5週 3.エネルギー保存の法則
ベルヌーイの定理、ピトー管、ベンチュリー管、オリフィス
エネルギー保存の法則が説明でき、法則を使った計算できる。
6週 4.運動量保存の法則
運動量および角運動量の法則、平板と曲面壁に作用する流体力
運動量保存の法則が説明でき、法則を使った計算できる。
7週 4.運動量保存の法則
運動量および角運動量の法則、平板と曲面壁に作用する流体力
運動量保存の法則が説明でき、法則を使った計算できる。
8週 中間試験
2ndQ
9週 5.完全流体の流れ
流線、渦度、循環、円柱まわりの流れ
完全流体の流れが説明でき、計算できる。
10週 6.管内の流れ
摩擦法則、境界層、ハーゲンポアゾイユ流れ、管摩擦損失
管内の流れが説明でき、計算できる。
11週 6.管内の流れ
摩擦法則、境界層、ハーゲンポアゾイユ流れ、管摩擦損失
管内の流れが説明でき、計算できる。
12週 6.管内の流れ
摩擦法則、境界層、ハーゲンポアゾイユ流れ、管摩擦損失
管内の流れが説明でき、計算できる。
13週 7.物体まわりの流れ
カルマン渦列、揚力と抗力、翼型
物体まわりの流れが説明でき、計算できる。
14週 7.物体まわりの流れ
カルマン渦列、揚力と抗力、翼型
物体まわりの流れが説明でき、計算できる。
15週 7.物体まわりの流れ
カルマン渦列、揚力と抗力、翼型
物体まわりの流れが説明でき、計算できる。
16週 期末試験
後期
3rdQ
1週 8.圧縮性流れの特徴と分類
マッハ波、超音速流れ、衝撃波など
圧縮性流れの特徴と分類を説明でき、計算できる。
2週 9.マッハ円錐、衝撃波
音波、微小振幅の波
マッハ円錐と衝撃波を説明でき、計算できる。
3週 9.マッハ円錐、衝撃波
音波、微小振幅の波
マッハ円錐と衝撃波を説明でき、計算できる。
4週 10.ノズル内の高速流れ
流れの閉塞現象、等エントロピー流れ(1)、種々の噴流
ノズル内の高速流れについて説明でき、計算できる。
5週 10.ノズル内の高速流れ
流れの閉塞現象、等エントロピー流れ(1)、種々の噴流
ノズル内の高速流れについて説明でき、計算できる。
6週 10.ノズル内の高速流れ
流れの閉塞現象、等エントロピー流れ(1)、種々の噴流
ノズル内の高速流れについて説明でき、計算できる。
7週 10.ノズル内の高速流れ
流れの閉塞現象、等エントロピー流れ(1)、種々の噴流
ノズル内の高速流れについて説明でき、計算できる。
8週 中間試験
4thQ
9週 11.ラバールノズル内の流れ
等エントロピー流れ(2)、種々の噴流
ラバールノズル内の流れについて説明でき、計算できる。
10週 11.ラバールノズル内の流れ
等エントロピー流れ(2)、種々の噴流
ラバールノズル内の流れについて説明でき、計算できる。
11週 11.ラバールノズル内の流れ
等エントロピー流れ(2)、種々の噴流
ラバールノズル内の流れについて説明でき、計算できる。
12週 12.衝撃波
衝撃波の性質と発生、ランキンユゴニオの関係式
衝撃波について説明でき、計算できる。
13週 12.衝撃波
衝撃波の性質と発生、ランキンユゴニオの関係式
衝撃波について説明でき、計算できる。
14週 12.衝撃波
衝撃波の性質と発生、ランキンユゴニオの関係式
衝撃波について説明でき、計算できる。
15週 12.衝撃波
衝撃波の性質と発生、ランキンユゴニオの関係式
衝撃波について説明でき、計算できる。
16週 定期試験

評価割合

試験発表相互評価態度ポートフォリオ演習問題およレポート等合計
総合評価割合70000030100
基礎的能力2000001030
専門的能力5000002070
分野横断的能力0000000