到達目標
1．運動する流体について質量保存則(連続の式)、ベルヌーイの定理、運動量の法則を説明でき、流体の物理量を計算できる。
2．管路流れ状態(層流、乱流、ポアゼイユ流れ）を説明でき、管路系システムでの流体の諸損失が計算できる。
3．次元解析の手法を説明でき、問題に適用することができる。
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 | 管路流れ状態(層流、乱流）を判定でき、管路系システムでの流体損失を求める応用問題を解くことができる。 | 管路流れ状態(層流、乱流）を判定でき、管路系システムでの流体損失を求める基本問題を解くことができる。 | 管路流れにおける管路系システムでの流体損失の基本問題が解けない。 |
| 評価項目2 | 管路流れ状態(層流、乱流）を判定でき、流体中の物体まわりの流れにおいて、物体に作用する抗力と揚力を説明でき、計算することができる。 | 管路流れ状態(層流、乱流）を判定でき、流体中の物体まわりの流れにおいて、物体に作用する抗力と揚力について説明できる。 | 流体中の物体まわりの流れにおいて、物体に作用する抗力と揚力を説明できない。 |
| 評価項目3 | 次元解析の手法を説明でき、問題に適用することができる。 | 次元解析の手法を説明できる。 | 次元解析の手法を説明できない。 |
学科の到達目標項目との関係
学習・教育到達度目標 B① 専門分野における工学の基礎を理解できる。
学習・教育到達度目標 B② 自主的・継続的な学習を通じて、専門工学の基礎科目に関する問題を解くことができる。
JABEE SB① 共通基礎知識を用いて、専攻分野における設計・製作・評価・改良など生産に関わる専門工学の基礎を理解できる。
JABEE SB② 自主的・継続的な学習を通じて、専門工学の基礎科目に関する問題を解決できる。
教育方法等
概要:
本授業では、静止および運動している流体についての速度、力、エネルギーなどの物理量の関係を力学的な観点から学習することを目的とする。水力学は、経験的な知識や実験で得られた結果から流体現象を合理的に扱うように体系づけられた学問であり、機械工学における基礎科目の一つである。また5学年科目である流体力学へつながる導入部分の位置づけであり、水力学での学習事項を確実に習得させる。
授業の進め方・方法:
使用する教科書では、重要な定義や概念、法則、定理などが簡潔にしめされており、例題が多く取り入れられている。これら例題に加えて演習問題を追加する形で、流体の物理量の具体的な計算が習得できるように進めていく。
注意点:
流体では様々な単位が使用される。単位を意識して、流体現象の理解と物理量の計算に取り組んでもらいたい。
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 |
| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
ガイダンス
管路流れ：レイノルズ数による層流、乱流の判定 |
学習の目的と学習のスケジュールを理解し、説明できる。
円管内のレイノルズ数を計算し、層流と乱流を判定できる。
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| 2週 |
管路流れ：層流速度分布（ハーゲンポアゼイユ流れ） |
ハーゲンポアゼイユの式を導出することができる。
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| 3週 |
管路流れ：管摩擦損失（ダルシーワイスバッハの式） |
ダルシーワイスバッハの式により圧力損失と損失ヘッドを記述することができる。
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| 4週 |
管路流れ：管摩擦損失の計算、等価直径 |
ムーディ線図により管摩擦係数を求め、圧力損失、損失ヘッドを計算できる。
等価直径が計算でき、非円形断面管の損失を計算できる。
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| 5週 |
管路流れ：管路における諸損失（ベンド、エルボー、入口、出口） |
管路に関係した諸損失（ベンド、エルボー、入口、出口）を計算することができる。
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| 6週 |
管路流れ：管路系の諸損失の計算 |
水槽タンクと管路系で構成されたシステムの諸損失を計算することができる。
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| 7週 |
学習内容の復習 |
第1週から第6週までの学習内容について、演習問題により復習する。
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| 8週 |
中間試験 |
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| 4thQ |
| 9週 |
境界層の基礎 |
流体中の物体まわりの流れの現象（境界層、はく離）を説明できる。
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| 10週 |
流体中の物体に作用する力：抗力、揚力、終速度 |
流体中の物体まわりの流れにおいて、物体に作用する抗力と揚力を計算することができる。
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| 11週 |
流体中の物体に作用する力：終速度 |
流体中を移動する物体の終速度を計算できる。
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| 12週 |
次元解析：レイリーの方法、バッキンガムのπ定理 |
次元解析の手法を説明できる。レイリー法およびバッキンガムのπ定理を用いて、次元解析を行うことができる。
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| 13週 |
応用・複合問題（１） |
時間によって変化する流体現象に関する問題を解くことができる。
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| 14週 |
応用・複合問題（２） |
時間によって変化する流体現象に関する問題を解くことができる。
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| 15週 |
学習内容の復習 |
第9週から第14週までの学習内容について、演習問題により復習する。
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| 16週 |
定期試験 |
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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 | 層流と乱流の違いを説明できる。 | 3 | 後1 |
| レイノルズ数と臨界レイノルズ数を理解し、流れの状態に適用できる。 | 4 | 後1 |
| ダルシー・ワイスバッハの式を用いて管摩擦損失を計算できる。 | 4 | 後3 |
| 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。 | 4 | 後4 |
| 境界層、はく離、後流など、流れの中に置かれた物体の周りで生じる現象を説明できる。 | 3 | 後9 |
| 抗力について理解し、抗力係数を用いて抗力を計算できる。 | 4 | 後10 |
| 揚力について理解し、揚力係数を用いて揚力を計算できる。 | 4 | 後10 |
評価割合
| 試験 | 課題・演習 | | | | 合計 |
| 総合評価割合 | 80 | 20 | 0 | 0 | 0 | 100 |
| 基礎的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 専門的能力 | 80 | 20 | 0 | 0 | 0 | 100 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |