基礎流体力学及び演習
 Fundamental Fluid Mechanics and Exercise〔Remedial Class〕
 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
 担当教員の実務経験の有無:
 開講学年:2年  開講学期:後期  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・必修科目 
【授業の目的】
この科目は,学習・教育到達目標(B)機械工学の基礎〔CP2〕に対応しています.
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、流体の基本的性質、流体中の圧力、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、運動量の式、管路のエネルギー損失などの講義を行う。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。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】
この科目は,学習・教育到達目標(B)機械工学の基礎〔DP5〕に対応しています.
(1)流体の基本的性質を理解でき、それを応用できる。【知識・理解】
(2)静止流体中の圧力を理解でき、それを応用できる。【知識・理解】
(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。【知識・理解】
(4)連続の式、ベルヌーイの式、運動量の式を理解でき、それらを応用できる。【知識・理解】
(5)管路のエネルギー損失を理解でき、それを応用できる。【知識・理解】

【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)、運動量の保存(運動量の式)、角運動量の保存(角運動量の式)、層流と乱流、渦。

【学生主体型授業(アクティブラーニング)について】
A-2.小レポート等により、事前学習(下調べ、調査等含む)が必要な知識の上に思考力を問う形での文章を記述する機会がある。:1~25%

【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(B)「機械工学の基礎力」[CP2,DP5]を養成する科目である。

【SDGs(持続可能な開発目標)】
06.安全な水とトイレを世界中に
07.エネルギーをみんなにそしてクリーンに
09.産業と技術革新の基盤をつくろう

【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レポート課題(30分程度×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、体積弾性係数と圧縮率)に関する講義)
[予習]テキストのpp.9-11、pp.3-6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2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3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4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5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6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7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8回:準一次元流れ(連続の式と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9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10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11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12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13回:管内の流れ(管摩擦損失、助走区間内の流れ、管摩擦係数、直円管内の流れに関する講義)
[予習]テキストのpp.89-100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(拡大・縮小管内の流れ、曲がる管内の流れ、矩形管内の流れに関する講義)
[予習]テキストのpp.100-108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
[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・準備学修に必要な学修時間の目安】
・受講のあり方
授業時間内には講義を聴き、わからないところはわからないままにせず、自分で調査する、あるいは教員に質問するなどして理解しておくとよい。
・授業時間外学習(予習・復習)のアドバイス
授業時間外にはレポート課題に取り組み、必要に応じて、授業計画(日程)の各回に書かれているような予習・復習も行うとよい。学修に必要な学修時間の目安は以下のとおり。1単位の授業科目は45時間の学修を必要とする内容をもって構成することが標準と定められている。

【成績の評価】
・基準
期末試験(70点)とレポート課題(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)20%、(4)20%、(5)20%とする。
・方法
期末試験では、授業の到達目標の各項目(1)(2)(3)(4)(5)の達成度を評価する。レポート課題では、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]日本機械学会、JSMEテキストシリーズ・流体力学、丸善、2023年、2500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。
・オフィス・アワー
質問などがある場合は、基本的には以下のオフィス・アワーにて。
金曜日16:00-17:00、6-515研究室。

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