2020年度 実在流体力学   Practical Fluid Mechanics

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開講元
機械系
担当教員名
青木 尊之  店橋 護  肖 鋒  志村 祐康  源 勇気 
授業形態
講義 / 演習
メディア利用
Zoom
曜日・時限(講義室)
  
クラス
-
科目コード
MEC.F211
単位数
2
開講年度
2020年度
開講クォーター
4Q
シラバス更新日
2020年6月7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

本講義では、粘性係数、ナビエ・ストークス方程式、レイノルズ数およびレイノルズの相似則等の基礎的事項から、平行流、平行平板間のクエット・ポアズイユ流、ハーゲン・ポアズイユ流、レイリー問題といった基本的な流れの解法、さらには、ストークス近似、オセーン近似、境界層、圧縮性流などの応用的な項目に関する内容まで網羅した講義を行います。講義と演習を密接に組み合わせて,機械工学分野における実際の流体機器の設計において重要となる粘性流体に関する基礎概念を習得します。

流体力学は機械工学における諸問題を扱う上で根幹となる重要な専門分野であり、この講義では、基礎流体力学で学ぶ非粘性流体に続き、粘性流体に関する基礎知識とそれを利活用できる能力を身に付けます。講義では、学習理解を深めるための演習時間を適宜設けます。

到達目標

 本講義を履修することによって次の能力を修得する。
(1)粘性流体の基礎方程式を導出できる.
(2)代表的な平行流に対してナビエ・ストークス方程式の解を得ることができる
(3)境界層に関する基礎的事項を説明することができる.
(4)ストークス近似,オセーン近似を説明できる.
(5)摩擦抵抗と圧力抵抗、揚力を理解できる.
(6)圧縮性流体の基本事項を説明できる.

この科目は,学修目標の
4.【展開力】(探究力又は設定力)整理及び分析できる力
6.機械工学の発展的専門学力
7.専門知識を活用して新たな課題解決と創造的提案を行う能力
の修得に対応する.

実務経験のある教員等による授業科目等

-

キーワード

粘性係数、ナビエ・ストークス方程式、レイノルズ数、平行流の解法、ストークス近似、オセーン近似、境界層、抗力と揚力、圧縮性流

学生が身につける力(ディグリー・ポリシー)

専門力 教養力 コミュニケーション力 展開力(探究力又は設定力) 展開力(実践力又は解決力)

授業の進め方

授業は講義形式で行われ,数回に一回のペースで演習課題が課されます。各回の課題を予習・復習して下さい。

授業計画・課題

  授業計画 課題
第1回 粘性係数、応力テンソル、変形速度 流体の粘性,応力テンソル,変形速度について理解する
第2回 ナビエ・ストークス方程式、二次元クエット流れ、レイノルズ数およびレイノルズの相似則 粘性流体の基礎方程式の導出を理解し,レイノルズ数とレイノルズの相似則に関する知識を身に付ける
第3回 平行流、平行平板間のクエット・ポアズイユ流、ハーゲン・ポアズイユ流 代表的な平行流に関するナビエ・ストークス方程式の解を理解する
第4回 レイリー問題、振動平板による流れ レイリー問題等の振動平板による流れに関するナビエ・ストークス方程式の解を理解する
第5回 境界層の概念、プラントルの境界層方程式 境界層の概念を理解し,境界層方程式を導く
第6回 境界層方程式のブラジウス解 境界層方程式に関するブラジウスの解法を理解する
第7回 境界層方程式の数値解 境界層方程式の数値解を求める
第8回 境界層の運動量方程式と境界層の剥離 境界層の運動量方程式の導出と境界層の剥離特性を理解する
第9回 ストークス近似 ナビエ・ストークス方程式のストークス近似を理解する
第10回 オセーン近似 ナビエ・ストークス方程式のオセーン近似を理解する
第11回 抗力と揚力 抗力と揚力を理解する
第12回 流体の圧縮性、マッハ数 圧縮性を考慮する必要性とマッハ数を理解する
第13回 熱力学的変化、等エントロピー圧縮性流体 等エントロピー圧縮性流体の特徴を理解する
第14回 超音速流れと衝撃波 衝撃波の特徴を理解する

教科書

日野幹雄、「流体力学」、朝倉書店、(1992) ISBN: 4-254-20066-8 C305

参考書、講義資料等

今井功、「流体力学(前編)」、裳華房、(1973) ISBN: 4-7853-2314-0

成績評価の基準及び方法

流体力学における基礎項目の理解度と、基本的な流れの問題に対する応用能力を評価する。期末試験(70%)および演習(30%)で成績を評価する。

関連する科目

  • 応用流体力学

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

偏微分方程式(MEC.B213.A),ベクトル解析(MEC.B214.A),基礎流体力学(MEC.F201.R)を履修していること,または同等の知識があることが望ましい。

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