基礎流体力学及び演習
 Fundamental Fluid Mechanics 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  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、流体の性質・分類、静止流体の力学、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。専門科目の「流体工学」へつなぐ授業である。

【授業の到達目標】
(1)流体の粘性、圧縮性、表面張力などの物理量と単位について説明できること。
(2)流体中の圧力について理解し、マノメータから圧力を計算できること。
(3)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。
(4)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。
(5)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。
<対応する学習・教育到達目標>は,目標B B(CP2,DP5)と目標F F(CP2,DP9)

【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:流体の性質(流体とは何か、流体の状態量、流体の粘性、流体の圧縮性、液体表面張力と流体の分類に関する講義)
[予習]テキストのpp.1-12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:静止流体の力学Ⅰ(静止流体の圧力、圧力の表し方と単位、圧力の測定とパスカル原理に関する講義)
[予習]テキストのpp.14-19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:静止流体の力学Ⅱ(図形の各種モーメント、静止液体中の壁面に作用する液体の力と浮力に関する講義)
[予習]テキストのpp.19-25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:流れの基礎概念と一次元流れの基礎式(流れの記述法、流れの分類、流れを表す物理量(速度と流量、流線、流脈線、流跡線、流管)、流体の加速度、一次元流れの連続の式と質量保存則に関する講義)
[予習]テキストのpp.38-45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:ベルヌーイの定理とその応用Ⅰ(ベルヌーイの定理、流体のもつエネルギー、全圧と動圧に関する講義)
[予習]テキストのpp.50-54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:ベルヌーイの定理とその応用Ⅱ(タンクオリフィスからの流れ、ピトー管、ベンチュリ管に関する講義)
[予習]テキストのpp.54-59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:運動量の法則とその応用Ⅰ(運動量の法則、流れが管に及ぼす力と噴流が物体に及ぼす力に関する講義)
[予習]テキストのpp.71-75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:運動量の法則とその応用Ⅱ(噴流による推進、ジェットポンプに関する講義)
[予習]テキストのpp.79-84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9回:運動量の法則とその応用Ⅲ(角運動量の法則に関する講義)
[予習]テキストのpp.84-85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:管内流れの基礎と流体摩擦損失Ⅰ(層流と乱流、レイノルズ数の物理的意味と助走区間の流れに関する講義)
[予習]テキストのpp.94-98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:管内流れの基礎と流体摩擦損失Ⅱ(摩擦損失とムーディ線図に関する講義)
[予習]テキストのpp.98-102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:管要素・管路を通る一次元定常流れ(管路内の定常で損失等を伴う流れに対するエネルギー式、入口損失と出口損失、急拡大部における損失と急縮小部における損失に関する講義)
[予習]テキストのpp.125-129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:流体の回転運動と渦Ⅰ(流体粒子の回転という概念、渦と渦度に関する講義)
[予習]テキストのpp.159-162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:流体の回転運動と渦Ⅱ(循環とストークスの定理、強制渦、自由渦とランキンの組合せ渦に関する講義)
[予習]テキストのpp.163-165とpp.169-172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]松尾一泰、流体の力学―水力学と粘性・完全流体力学の基礎、オーム社、2007年、本体3500円+税。
[参考書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。
[参考書2]中山泰喜、改訂版・流体の力学、養賢堂、1998年、3800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
毎週金曜日16:00-17:00,7-103教官室

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