基礎流体力学及び演習
 Fundamental Hydrodynamics and Exercise
 担当教員:篠田昌久(SHINODA Masahisa)
 担当教員の所属:大学院理工学研究科(工学系)機械システム工学分野
 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:システム創成工学科(フレックスコース)  科目区分:専門科目・必修科目 
【授業の目的】
流体力学は、機械工学の基礎となる4力学の一つとして重要である。流体力学の基礎を中心にして、力の釣合い、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、運動量方程式などの講義を行う。また学んだ知識を確実なものにするためにレポート課題にも取り組んでもらう。「流体工学」などへつながる授業でもある。

【授業の到達目標】
(1)流体の基本的性質を理解でき、それを応用できること。
(2)静止流体中の圧力を理解でき、それを応用できること。
(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。

【授業概要(キーワード)】
粘性と圧縮性、圧力、質量の保存(連続の式)、エネルギーの保存(ベルヌーイの式)、運動量と角運動量の保存、層流と乱流、渦。

【科目の位置付け】
システム創成工学科の学習・教育目標の「A.工学の基礎力」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回程度)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×毎回程度)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:流体の性質と分類(単位と次元、流体の基本的性質(密度と比重量、粘度と動粘度)に関する講義)
[予習]テキストのpp.9-11、pp.3-5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:流体の性質と分類(流体の基本的性質(体積弾性係数と圧縮率、表面張力)に関する講義)
[予習]テキストのpp.5-6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:流体の性質と分類(流体の分類(粘性流体と非粘性流体、ニュートン流体と非ニュートン流体、圧縮性流体と非圧縮性流体、理想流体)に関する講義)
[予習]テキストのpp.6-9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:静止流体の力学(静止流体中の圧力(圧力と等方性、重力場における圧力分布、マノメータ)に関する講義)
[予習]テキストのpp.23-32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:静止流体の力学(面に働く静止流体力、浮力に関する講義)
[予習]テキストのpp.33-37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: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7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8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9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10回:準一次元流れ(連続の式、ベルヌーイの式に関する講義)
[予習]テキストのpp.47-61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11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: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13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14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15回:期末試験および総括
[予習]それまでの講義内容、テキスト例題、レポート課題などをすべて見直して理解する。
[復習]期末試験の問題をすべて完答できるようにする。
※日程は変更になる場合がある。

【学習の方法】
・受講のあり方
講義を聴き、指定された課題を解いてレポートとして提出すること。
・授業時間外学習へのアドバイス
授業計画(日程)の各回に書かれているような予習・復習を行い、不明な点を不明なまま残さず、確実に理解しておくこと。

【成績の評価】
・基準
期末試験(70点)と課題レポート(30点)の結果を合計100点とし、60点以上得点できることを合格の基準とする。授業の到達目標の各項目の評価比率は、(1)20%、(2)20%、(3)30%、(4)30%とする。
・方法
期末試験では、授業の到達目標の各項目の達成度を評価する。課題レポートでは、主にテキスト章末問題から抜粋して課題とする。

【テキスト・参考書】
[テキスト]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]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。

【その他】
・学生へのメッセージ
機械工学の基礎となる4力学の一つ、流体力学の基礎を学ぼう。またレポート課題に取り組む中で、単位の処理や有効数字の扱い方などにも慣れよう。
・オフィス・アワー
質問等がある場合は、金曜日16:00-17:00、6-515研究室にて。

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