2016年度 環境流体力学基礎   Basis of Environmental Hydrodynamics

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開講元
融合理工学系
担当教員名
中村 恭志 
授業形態
講義
曜日・時限(講義室)
火5-6(S514)  
クラス
-
科目コード
TSE.A317
単位数
1
開講年度
2016年度
開講クォーター
4Q
シラバス更新日
2016年4月27日
講義資料更新日
2016年2月6日
使用言語
日本語
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講義の概要とねらい

 本講義では河川や湖沼などの水環境における流れの特徴と解析方法について講義を行う。まず水面に生じる波の「水面波」について、その物理原理と方程式による記述方法を概説し、その数値解析手法と実際のプログラムについて講義と演習を行う。次いで、環境流の特徴の一つである「水の密度変化」に着目し、それにより引き起こされる環境流の基礎原理と方程式による記述方法を紹介し、その数値解析モデルを実際に演習をつうじて構築する。

到達目標

本講義を履修することにより次の知識と実践力を修得する。
I. 水面波の物理原理と解析方法の基礎的な知識を得る。
II. 水面波の数値解析法を習得する。
III. 環境流における水密度の影響とその物理原理について理解する。
IV. 環境流の数値解析法を習得する。

キーワード

河川・湖沼における流れ、水面波、密度流、密度成層、数値解析

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

講義では水環境における流れの事例として、「水の波」と「密度流」を取り上げ、それぞれの原理と解析法を学びます。数値的な解法についてもコンピュータ上で演習を行います。予習・復習をしっかり行ってください。

授業計画・課題

  授業計画 課題
第1回 環境流の基礎方程式 流体力学をもとに環境流の数学的記述方法を理解する
第2回 水面波の基礎方程式と物理現象 水面波伝搬の基礎方程式を導出し、水面波の物理的特徴について理解する
第3回 水面波の解析 ー 数値解析の方法 水面波の伝搬を解析するための数値解析法を理解する
第4回 水面波の解析 ー 数値解析プログラムの作成 水面波の数値解析モデルを実際に開発する
第5回 水面波の解析 ー 数値解析による物理特性の理解 自身で開発した数値モデルを用いて、各種条件での解析を実行し、水面波の持つ物理的特徴を確認する
第6回 密度流動現象と基礎方程式 水の密度変動の原因とそれにより生じる環境流現象について理解する
第7回 密度流動現象の数値解析法 密度差に起因する環境流の数値解析に向けたモデル化と数値解析法の概説を理解する
第8回 移流方程式の数値解析法 密度流解析に向けた移流方程式の数値解析法を学ぶ
第9回 数値解析演習 移流方程式の数値解析プログラムを実装する
第10回 移流・拡散方程式の数値解析法 密度流解析に向けた移流・拡散方程式の数値解析法を学ぶ
第11回 数値解析演習 拡散方程式の数値解析プログラムを実装する
第12回 圧力・浮力の影響とその数値解析法 圧力の求め方、浮力の作用のモデル化などを学ぶ
第13回 数値解析演習 ここまでの数値解析演習の成果を組み合わせ、密度流の数値プログムラムを完成させる
第14回 密度現象の安定性と環境への影響 密度流や密度成層が実際の水環境で生じさせる現象について、その原理の幾つかを理解する
第15回 数値解析演習 各自開発した数値解析プログラムを用いて、水密度と空間偏差と関連する幾つかの流れを解析し、その特徴を学ぶ

教科書

特に指定しない

参考書、講義資料等

有田正光, 池田裕一『水圏の環境』東京電機大学出版局
日野幹雄『流体力学』朝倉書店
越塚誠一『数値流体力学』培風館
梅干野晃,中村恭志『環境の可視化』放送大学教育振興会

成績評価の基準及び方法

授業終了時に課すレポートにて、「環境流の理論と特徴」の理解と「数値解析による解析能力」について評価を行う。

関連する科目

  • TSE.A205 : 流体工学基礎
  • TSE.M201 : 常微分方程式と物理現象
  • TSE.M202 : 偏微分方程式と物理現象

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

流体工学基礎(TSE.A205)、並びに常微分方程式と物理現象(TSE.M201)と偏微分方程式と物理現象(TSE.M202)を履修済みであること。

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