到達目標
1. 流れの種類や可視化方法を説明できる。
2. オイラーの運動方程式、質量保存則、エネルギー保存則、ベルヌーイの定理、運動量保存則を説明できる。
3. ピトー管、ベンチュリー管、オリフィスを用いた流速や流量の測定原理を説明できる。
4. 層流と乱流の違い、レイノルズ数を説明でき、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。
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 | 流れの分類と可視化方法を理解し、説明できる。 | 流れの分類と可視化方法について授業で教えた内容をもとに説明できる。 | 流れの分類と可視化方法を理解できず、説明できない。 |
| 評価項目2 | オイラーの運動方程式、質量保存則、エネルギー保存則、ベルヌーイの定理、運動量保存則を理解し、計算できる。 | オイラーの運動方程式、質量保存則、エネルギー保存則、ベルヌーイの定理、運動量保存則を説明できる。 | オイラーの運動方程式、質量保存則、エネルギー保存則、ベルヌーイの定理、運動量保存則を説明も計算もできない。 |
| 評価項目3 | ピトー管、ベンチュリー管、オリフィスを用いた流速や流量の測定原理を理解し、諸量を計算できる。 | ピトー管、ベンチュリー管、オリフィスを用いた流速や流量の測定原理を説明できる。 | ピトー管、ベンチュリー管、オリフィスを用いた流速や流量の測定原理を説明も計算もできない。 |
| 評価項目4 | 層流と乱流の違い、レイノルズ数を理解し、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。 | 層流と乱流の違い、レイノルズ数を説明でき、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。 | 層流と乱流の違い、レイノルズ数を説明できず、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ない。 |
学科の到達目標項目との関係
学習・教育到達度目標 A① 数学・物理・化学などの自然科学、情報技術に関する基礎を理解できる。
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。
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。前半はエネルギー保存則と運動量保存則の流体機器への利用、後半は管内の内部流れについて学習する。
授業の進め方・方法:
微分方程式などの高度な数学的手法を多用せずに、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。水力学に関する基本的な知識が必要である。
注意点:
水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。授業で演習を行うので、電卓を持参すること。
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 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
流れの分類と可視化方法(1)
・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。
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| 2週 |
流れの分類と可視化方法(2)
・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。
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| 3週 |
運動方程式(1)
・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。
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| 4週 |
運動方程式(2)
・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。
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| 5週 |
エネルギー保存の法則(1)
・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。
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| 6週 |
エネルギー保存の法則(2)
・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、法則を使った計算ができる。
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| 7週 |
エネルギー保存の法則(3)
・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、法則を使った計算ができる。
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| 8週 |
中間試験 |
1〜7週までの内容を網羅した試験により、授業内容の理解の定着を確認する。
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| 2ndQ |
| 9週 |
運動量保存の法則(1)
・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、法則を使った計算ができる。
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| 10週 |
運動量保存の法則(2)
・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、法則を使った計算ができる。
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| 11週 |
運動量保存の法則(3)
・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、法則を使った計算ができる。
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| 12週 |
運動量保存の法則(4)
・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、法則を使った計算ができる。
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| 13週 |
管内の流れ(1)
・摩擦法則、境界層、ハーゲンポアゾイユ流れ、レイノルズ数、管摩擦損失 |
管内の流れが説明でき、レイノルズ数を使った計算ができる。
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| 14週 |
管内の流れ(2)
・摩擦法則、境界層、ハーゲンポアゾイユ流れ、レイノルズ数、管摩擦損失 |
管内の流れが説明でき、レイノルズ数を使った計算ができる。
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| 15週 |
管内の流れ(3)
・摩擦法則、境界層、ハーゲンポアゾイユ流れ、レイノルズ数、管摩擦損失 |
管内の流れが説明でき、レイノルズ数を使った計算ができる。
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| 16週 |
定期試験 |
1〜15週までの内容を網羅した試験により、授業内容の理解の定着を確認する。
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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 | 定常流と非定常流の違いを説明できる。 | 4 | 前1 |
| 流線と流管の定義を説明できる。 | 4 | 前3 |
| 連続の式を理解し、諸問題の流速と流量を計算できる。 | 4 | 前3 |
| オイラーの運動方程式を説明できる。 | 4 | 前3 |
| ベルヌーイの式を理解し、流体の諸問題に適用できる。 | 4 | 前5 |
| 運動量の法則を理解し、流体が物体に及ぼす力を計算できる。 | 4 | 前9 |
| 層流と乱流の違いを説明できる。 | 4 | 前13 |
| 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 | 前13 |
| 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 | 前14 |
| 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 | 前15 |
評価割合
| 試験 | 演習・レポート | 合計 |
| 総合評価割合 | 70 | 30 | 100 |
| 基礎的能力 | 0 | 0 | 0 |
| 専門的能力 | 70 | 30 | 100 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 |