【授業の目的】
計算流体力学のうち、非圧縮性流れを中心に取り上げ、それに関する数値解析の基礎・応用について講義する。
【授業の到達目標】
1. 熱流体力学問題を支配する質量、運動量、エネルギー保存則を説明できる。非圧縮性流の基礎方程式を導出できる。
2. 移流・拡散現象の数学モデルを説明できる。
3. コンピュータを用いて熱流体力学問題を解くための手順や基礎的な計算法を説明できる。
4. 熱流体力学問題の計算プログラムを作成し、シミュレーションを実施することができる。
5. 格子生成技術の概要および解析結果の可視化方法の概要を理解でき、解析結果を説明できる。
【授業概要（キーワード）】
数値流体力学、質量と運動量の保存、エネルギー保存則、計算機利用の基礎、数値計算、シミュレーション
【科目の位置付け】
機械システム工学専攻の熱流体・エネルギー工学分野の応用科目
【授業計画】
・授業の方法
本授業は講義方式で行う。全期間に渡って複数回のレポートが課される。講義後半のレポートはコンピュータによるプログラミングと計算が必要となる。レポートはパソコンで作成することが要求される。
・日程
第1週 コンピュータを用いて熱流体力学問題を解くための手順、応用例
第2週 熱流体力学問題の記述方法、質量、運動量、エネルギー保存の方程式
第3週 基礎方程式から抽出されるモデル方程式、偏微分方程式の分類、初期条件と境界条件
第4週 差分法の基礎
第5週 熱伝導方程式の陽解法とプログラム、計算結果の可視化
第6-7週 差分法の適合性、収束性と安定性、陽的な方法と陰的な方法、ノイマンの安定性解析
第8週 熱伝導方程式の陰解法とプログラム、連立一次方程式の反復解法
第9週 ポアソン方程式の差分解法とプログラム
第10-11週 移流方程式の差分解法、風上差分法、CFL条件、semi-Lagrangian法
第12-13週 非圧縮性ナビエ・ストークス方程式の差分解法
第14-15週 曲線型の計算格子による差分解法の基礎、非構造格子有限体積法の基礎
【学習の方法】
・受講のあり方
講義に出席し、話をよく聞き、疑問点は積極的に質問すること。毎週、オフィスアワーを設けているが、それ以外の時間でも学生からの質問を優先的に受ける。
・授業時間外学習へのアドバイス
講師独自のプリント、指定された文献、参考書をよく読んでおくこと。レポートは必ず自分で作成すること。
【成績の評価】
・基準
到達目標1-5に関する評価の重みはそれぞれ0.2である。
・方法
複数回のレポート（重み0.7）とプレゼンテーション方式の期末試験（重み0.3）により成績を評価する。100点を満点とし、60点以上を合格とする。出席回数が３分の２未満の場合は単位を与えない。
【テキスト・参考書】
講師独自のプリントをホームページからダンロードして使う。ホームページのURLは初回の授業で案内する。
【その他】
・学生へのメッセージ
流体力学の基礎と数値計算の基礎について履修していることが望ましい。
・オフィス・アワー
6-405教員室にて、毎週木曜日09:10-10:25
|