基礎流体力学及び演習
 Fundamental Hydrodynamics and Exercise
 担当教員:李鹿 輝(RINOSHIKA Akira)
 担当教員の所属:理工学研究科
 開講学年:2年  開講学期:前期  単位数:2単位  開講形態:講義
 開講対象:機械システム工学科、システム創成工学科(機械システム工学分野配属)  科目区分:専門科目・必修 
【授業の目的】
流体力学は、機械工学の基礎となる3力学の一つとして非常に重要である。流体力学の基礎として、流れの表現法、層流と乱流、流体の回転と渦、連続の式、ベルヌーイの式、運動量方程式、管路損失などの講義と演習を行う。
流体力学の基礎を中心に講義を行う。学んだ知識を確実なものにするために演習にも取り組んでもらう。「機械工学基礎IV」からつながる授業であり、専門科目の「流体工学」へつなぐ授業でもある。

【授業の到達目標】
(1)流線・流脈線・流跡線、レイノルズ数、層流・乱流、渦・渦度・循環を理解でき、それらを応用できること。
(2)連続の式、ベルヌーイの式、運動量方程式を理解でき、それらを応用できること。
(3)管摩擦損失、各種管路の諸損失を表記でき、実際の管路設計に応用できること。

【授業概要(キーワード)】
エネルギーと流れ(キーワード:質量と運動量の保存、エネルギー保存則(ベルヌーイの式)、各種流れの抵抗、層流と乱流、粘性流体の力学、渦)

【科目の位置付け】
機械システム工学科の学習・教育到達目標の「(G)機械工学の基礎力」(重み1.0)を養成する科目である。

【授業計画】
・授業の方法
主にテキストに沿った講義(90分×15回)を行う。さらにテキスト章末問題などの自己学習用の課題レポート(30分程度×毎回)によって、講義内容の理解を深め、応用力を高められるようにする。
・日程
第1回:流れの基礎(流れを表す物理量(速度と流量、流体の加速度、圧力とせん断応力、流線、流脈線、流跡線、流管)と流れの可視化に関する講義)
[予習]テキスト1のpp.13-16を読んで上記項目について調べてみる。
[復習]講義内容を見直して理解し、指定された課題を解いてレポートとして提出する。
第2回:流れの基礎(流れを表す物理量(流体の変形と回転、渦度)に関する講義)
[予習]テキスト1のpp.16-17を読んで上記項目について調べてみる。
[復習]講義内容を見直して理解し、指定された課題を解いてレポートとして提出する。
第3回:流れの基礎(さまざまな流れ(定常流と非定常流、一様流と非一様流、強制渦、自由渦、ランキンの組合せ渦、層流と乱流、レイノルズ数)に関する講義)
[予習]テキスト1のpp.18-20を読んで上記項目について調べてみる。
[復習]講義内容を見直して理解し、指定された課題を解いてレポートとして提出する。
第4回:流れの基礎(循環、揚力と循環に関する講義)
[予習]テキスト1以外の参考書などを読んで上記項目について調べてみる。
[復習]講義内容を見直して理解し、指定された課題を解いてレポートとして提出する。
第5回:準一次元流れ(連続の式と質量保存則に関する講義)
[予習]テキスト1のpp.47-52を読んで上記項目について調べてみる。
[復習]講義内容を見直して理解し、指定された課題を解いてレポートとして提出する。
第6回:準一次元流れ(ベルヌーイの式に関する講義)
[予習]テキスト1のpp.52-61を読んで上記項目について調べてみる。
[復習]講義内容を見直して理解し、指定された課題を解いてレポートとして提出する。
第7回:準一次元流れ(連続の式、ベルヌーイの式の応用(ベンチュリ管、ピトー管など)に関する講義)
[予習]テキスト1以外の参考書などを読んで上記項目について調べてみる。
[復習]講義内容を見直して理解し、指定された課題を解いてレポートとして提出する。
第8回:準一次元流れ(連続の式、ベルヌーイの式の応用(小穴からの流出、せきを越す流れなど)に関する講義)
[予習]テキスト1以外の参考書などを読んで上記項目について調べてみる。
[復習]講義内容を見直して理解し、指定された課題を解いてレポートとして提出する。
第9回:運動量の法則(運動量方程式とその応用に関する講義)
[予習]テキスト1のpp.67-80を読んで上記項目について調べてみる。
[復習]講義内容を見直して理解し、指定された課題を解いてレポートとして提出する。
第10回:運動量の法則(角運動量方程式とその応用に関する講義)
[予習]テキスト1のpp.80-84を読んで上記項目について調べてみる。
[復習]講義内容を見直して理解し、指定された課題を解いてレポートとして提出する。
第11回:運動量の法則(運動量と角運動量方程式の応用に関する講義)
[予習]テキスト1以外の参考書などを読んで上記項目について調べてみる。
[復習]講義内容を見直して理解し、指定された課題を解いてレポートとして提出する。
第12回:管内の流れ(管摩擦損失、助走区間内の流れ、管摩擦係数に関する講義)
[予習]テキスト1のpp.89-90を読んで上記項目について調べてみる。
[復習]講義内容を見直して理解し、指定された課題を解いてレポートとして提出する。
第13回:管内の流れ(直円管内の流れ、拡大・縮小管内の流れに関する講義)
[予習]テキスト1のpp.91-104を読んで上記項目について調べてみる。
[復習]講義内容を見直して理解し、指定された課題を解いてレポートとして提出する。
第14回:管内の流れ(曲がる管内の流れ、矩形管内の流れに関する講義)
[予習]テキスト1のpp.105-108を読んで上記項目について調べてみる。
[復習]講義内容を見直して理解し、指定された課題を解いてレポートとして提出する。
第15回:期末試験および総括

【学習の方法】
・受講のあり方
講義を聴き、演習・レポートの解答を提出すること。私語、飲食、講義中の出入りなど、他の受講生の迷惑となる行為を行った場合は、受講を遠慮していただき、欠席扱いとする。
・授業時間外学習へのアドバイス
前回講義講義された課題を行い、講義開始時に提出する。教科書の該当単元をよく読んで授業に臨むこと。
テキストの関連部分を復習し、演習・レポートの内容を見直すとよい。

【成績の評価】
・基準
期末試験(70点)と演習・レポート(30点)の結果を合計100点とし、60点以上を合格とする。授業概要(目標)の各項目の評価比率は、(1)40%、(2)40%、(3)20%とする。
・方法
期末試験では、授業概要(目標)の各項目の達成度を評価する。演習・レポートでは、主にテキストの各章の問題から抜粋して課題とする。

【テキスト・参考書】
[テキスト1]日本機械学会、JSMEテキストシリーズ・流体力学、丸善、2005年、1886円+税。
[テキスト2]日本機械学会、JSMEテキストシリーズ・演習 流体力学、丸善、2012年、1714円+税。
[参考書1]中山泰喜、改訂版・流体の力学、養賢堂、1998年、3800円+税。
[参考書2]日野幹雄、流体力学、朝倉書店、1992年、7900円+税。

【その他】
・学生へのメッセージ
機械工学の基礎となる3力学の一つ、流体力学の基礎を学ぼう。また演習に取り組む中で、単位の処理や有効数字の扱い方などにも慣れよう。質問があればいつでも可能である。
電卓持参のこと。
・オフィス・アワー
毎週水曜日16:00-17:00,7-103教官室

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