2019年度 熱工学基礎   Fundamentals of Thermal Engineering

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開講元
システム制御系
担当教員名
小酒 英範 
授業形態
講義
曜日・時限(講義室)
月1-2(S622)  木1-2(S622)  
クラス
-
科目コード
SCE.M302
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

 本講義では,熱力学と伝熱工学の基礎事項を扱う。まず,熱力学について基本概念である,熱平衡と状態量の定義を述べる。エネルギー輸送を解析するための基礎概念である熱力学第1法則と第2法則,理想気体の状態量とその変化の基礎理論を解説し,熱エネルギー変換の基礎である,各種サイクルについて述べる。次に伝熱工学の基礎概念を述べ,熱伝導,対流熱伝達,ふく射熱伝達の基礎について解説する。
 エネルギー変換システムの効率向上や制御のためには,システム内で生じている諸現象を理解する必要がある。これらの諸現象は熱力学と伝熱工学により体系的に説明され,熱力学と伝熱工学を理解することは,熱エネルギー変換システムの利活用に役立つ.本講義では,熱力学と伝熱工学の基礎事項の解説と関連する演習を実施することで,実システムの熱力学的,伝熱工学的アプローチによる解析力を養う。

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)エネルギー伝達における,エネルギー保存と不可逆性の概念を説明できる。
2)基本的状態変化における理想気体の状態量の変化を求めることができる。
3)各種基礎サイクルの理論熱効率を求めることができる。
4)熱伝導,対流熱伝達,ふく射熱伝達の現象の概要を,その違いともに説明できる。
5)定常1次元熱輸送における熱流束を求めることができる。

キーワード

熱力学第1法則,熱力学第2法則,理想気体,熱サイクル,熱伝導,対流熱伝達,ふく射熱伝達

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

講義の前半で,復習を兼ねて前回の演習問題の解答を解説します。講義の後半で,その日の教授内容に関する演習問題に取り組んでもらいます。各回の学習目標をよく読み,課題を予習・復習で行って下さい。

授業計画・課題

  授業計画 課題
第1回 熱力学の基本概念(熱平衡,系の概念,状態量) 状態量の定義,系の定義と設定の理解
第2回 閉じた系における熱力学第1法則 仕事と熱の等価性(ジュールの実験),閉じた系のエネルギー保存則の理解
第3回 開いた系における熱力学第1法則 エンタルピの定義,開いた系におけるエネルギー保存則の理解
第4回 理想気体 理想気体の定義,各種状態変化の理解
第5回 熱力学第2法則(サイクルと熱効率の概念) サイクルの定義,トムソンの原理,クラウジウスの原理の理解
第6回 熱力学第2法則(可逆過程と不可逆過程,エントロピ) 不可逆性の意味,エントロピの定義と意味,理想気体のエントロピ変化算出法の理解
第7回 ガスサイクル(オットーサイクル,ディーゼルサイクル) オットーサイクルとディーゼルサイクルの理論熱効率の理解
第8回 ガスサイクル(ブレイトンサイクル,スターリングサイクル) ブレイトンサイクルとスターリングサイクルの理論熱効率の理解
第9回 伝熱工学の基本概念 伝熱の概念,エネルギー伝達の形態の理解
第10回 定常熱伝導 フーリエ熱伝導方程式の導出,定常問題への適用
第11回 非定常熱伝導 非定常熱輸送の数値解析手法の概要理解
第12回 強制対流熱伝達(層流) 速度と温度境界層,プラントル数,ヌセルト数の理解
第13回 強制対流熱伝達(乱流) スタントン数,渦拡散の理解
第14回 自然対流熱伝達 自然対流境界層,グラスホフ数の理解
第15回 輻射熱伝達 キルヒホッフの法則,ステファン・ボルツマンの法則,プランクの式の理解

教科書

必要に応じて資料を配布

参考書、講義資料等

参考書:日本機械学会『JSMEテキストシリーズ熱力学』丸善,ISBN978-4-88898-104-0
日本機械学会『JSMEテキストシリーズ伝熱工学』丸善,ISBN978-4-88898-120-0

成績評価の基準及び方法

熱力学と伝熱工学の基礎概念,状態量や熱流束などの計算法及びそれらの応用について,その理解度を評価する。
期末試験の結果で評価する。

関連する科目

  • LAS.C107 : 化学熱力学基礎
  • SCE.M301 : 連続体の力学
  • SCE.M304 : 計算力学

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

化学熱力学基礎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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