2019年度 流体力学(地惑)   Fluid Mechanics (EPS course)

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開講元
地球惑星科学系
担当教員名
岡元 太郎  中本 泰史  奥住 聡 
授業形態
講義
曜日・時限(講義室)
月3-4(I311)  木3-4(I311)  
クラス
-
科目コード
EPS.B330
単位数
2
開講年度
2019年度
開講クォーター
1Q
シラバス更新日
2019年3月18日
講義資料更新日
-
使用言語
日本語
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講義の概要とねらい

地球惑星科学的現象においては,いたるところで流体運動が関与している。したがって,地球惑星科学が対象とする多様な現象の理解のためには,流体力学の素養は必須である。本講義では流体力学の初学者を対象として,流体力学の基礎からはじめ,地球惑星科学的現象で現れるいくつかの典型的な流体運動を紹介する。

到達目標

流体力学の目的には、(I) 流れ場のメカニズムを理解して速度場や圧力場を求めること、(II) 流れ場の中に置いた物体に作用する力を求めること、(III) 流れ場を予測し制御すること、などがある。本講義はこれらのうちの (I) と (II) を対象とする。本講義を履修することによって、下記の (1)-(4) の内容を習得する。
 (1) 連続体力学としての流体力学の基礎を理解する。
 (2) 非粘性・非圧縮性流体の流れの基礎を理解する。
 (3) 粘性流体の流れの基礎を理解する。
 (4) 流体力学的安定性の基礎を理解する。
【テーマ】 本講義では,初学者を対象とし,題材としては非粘性・非圧縮性流体を中心にして粘性流体まで話を進める。もって,地球惑星科学の勉強・研究に役立つ流体力学の基礎の修得を目指す。

キーワード

非粘性・非圧縮流体, 粘性流体, 地球流体力学

学生が身につける力

国際的教養力 コミュニケーション力 専門力 課題設定力 実践力または解決力
- -

授業の進め方

主として講義形式で授業を進める。講義に関連した課題演習についての議論や解説も行う。地球惑星科学に関連した話題も多く紹介する予定である。

授業計画・課題

  授業計画 課題
第1回 流体とは何か 連続体としての流体の概念を理解する。
第2回 完全流体1:流体の運動学 流体運動の記述法を理解する
第3回 完全流体2:連続の式とオイラーの運動方程式 完全流体の運動を記述する、連続の式とオイラーの運動方程式を理解する
第4回 完全流体3:ベルヌーイの定理 エネルギー保存の一つの表現である、ベルヌーイの定理を理解する
第5回 完全流体4:ケルビンの循環定理 渦を特徴づける量である循環について、ケルビンの循環定理を理解する
第6回 完全流体5:非圧縮・渦なし流れ 非圧縮・渦なし流れの、ポテンシャルによる記述方法を理解する
第7回 完全流体6:2次元の非圧縮・渦なし流れ 2次元の非圧縮・渦なし流れの、ポテンシャルによる記述方法を理解する
第8回 完全流体7:ブラジウスの公式とクッタ・ジュコーフスキーの定理 流れの中に置かれた物体に作用する力に関するブラジウスの公式とクッタ・ジュコーフスキーの定理を理解する
第9回 完全流体8:重力波 重力を復元力とする波動の基礎を理解する
第10回 粘性流体1:応力テンソル 粘性の作用のもとで必要になる応力テンソルの概念を理解する
第11回 粘性流体2:応力テンソルの表現 応力テンソルと構成関係を理解する
第12回 粘性流体3:ナビエ・ストークスの方程式 粘性流体の運動を記述するナビエ・ストークスの方程式を理解する
第13回 粘性流体4:典型的な流れ、相似則、レイノルズ数 典型的な粘性流れと、流れの相似則、および流れを特徴づけるレイノルズ数を理解する
第14回 粘性流体5:小さいレイノルズ数の流れ レイノルズ数が小さい場合の流れの特徴や物体に作用する力を理解する
第15回 粘性流体6:流れの安定性と熱対流 流れの安定性の数学的な表現と、熱対流が開始する条件を理解する

教科書

特になし

参考書、講義資料等

・「連続体の力学」,巽友正,岩波書店
・「流体力学」,巽友正,培風館
・「地球流体力学入門」,木村竜治,東京堂出版
・「Fluid Mechanics」,Landau & Lifshitz,Butterworth-Heinemann

成績評価の基準及び方法

レポート課題と,期末試験の成績に基づいて評価する。

関連する科目

  • EPS.B203 : 力学(地惑)
  • EPS.B212 : 電磁気学(地惑)
  • EPS.B201 : 物理数学A(地惑)
  • EPS.B210 : 物理数学B(地惑)
  • EPS.B202 : 熱力学(地惑)

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

力学(地惑)、電磁気学(地惑)、物理数学A(地惑)、物理数学B(地惑)、熱力学(地惑)を履修していることが望ましい。

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