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科目名 流れ学 
担当者氏名

鈴木 昌弘

全開講対象学科 理工学部交通機械工学科
年次 3年次 
クラス  
講義学期 後期 
単位数
必選区分  
学期・曜日・時限  
部門 専門教育部門-交通機械工学専門教育科目 
備考 本授業はCP2・4およびDP2に該当する 



準備学習・事後学習
準備学習:次回の授業範囲の内容について自分なりに2時間学習しておくこと。

事後学習:講義後、ノートを見直し2時間復習し理解を確実なものにしておくこと。

小テストについては、授業内で解説を行う。最終の試験は、追・再試験終了後に研究室で個別に対応する。 
履修上の留意
1.流体力学I・IIおよび流体力学演習を履修しておくこと。また、その内容を復習し、十分理解しておくこと。

2.式の導出に必要な基礎数学(微分・積分、複素数など)の復習をしておくこと。 
授業の概要と目的
 機械技術者にとって必修である流体力学の基本を学習する。流体力学I・IIでは、流れの現象を把握する目的で、数式を出来るだけ使わず、多くの場合、1次元の流れが扱われた。本科目では、流体運動を2次元、3次元の問題として、数学的記述、解析を比較的多く取り入れて学習する。鉄道の研究所での実務経験を生かし、授業内容が鉄道の研究開発の現場でどのように応用されているかについての話を交えながら、授業を実施する。

交通機械との関連:交通機械全般(科目ナンバリングコード:TT31106) 
サブタイトル
流れの不思議を考える。すなわち、流れを科学する。 
到達目標
流体運動を表す基礎式の学習を通じて、流体運動の基本、すなわち、我々の身の回りで起こっている流れの現象について理解することを達成目標とする。 
授業計画
【項目欄】 【内容欄】
1. 流体運動の表示法  流体の運動を表示する2つの方法(ラグランジュの方法とオイラーの方法)および、流れの可視化によって得られる3つの曲線(流脈線、流跡線、流線)について説明する。○ラグランジュとオイラーの方法の違いおよび、流脈、流跡、流線の違いを説明できる。 
2. 流体運動の基本要素  流体の運動は、並進運動、伸縮、剪断および回転の4つの基本運動要素に分解できる。この運動を個々に、詳細に解説する。○流体運動の基本要素を説明できる。 
3. 膨張率・剪断変形速度・渦度  流体の速度変化が、上記の伸縮、剪断および回転の合成によって表されることを証明、解説する。○膨張率、剪断変形速度、渦度の定義と物理的意味を理解できる。 
4. 連続の式  流体運動の基礎式として、連続の式を導出し、説明する。○連続の式の物理的意味を説明できる。 
5. オイラーの運動方程式  流体運動の基礎式として、オイラーの運動方程式を導出し、説明する。○オイラーの運動方程式の物理的意味を説明できる。 
6. ベルヌーイの式と応用  オイラーの運動方程式を積分することで、ベルヌーイの式を導出し、説明する。また、トリチェリの定理など、その応用に取り組む。○ベルヌーイの定理の物理的意味を理解し、関係した演習問題を解くことができる。 
7. 曲率を持つ流れと圧力分布  曲率を持つ流れ場に対して、流線に直角方向に働く圧力勾配と遠心力の釣合式を導出し、カーブする流れ場における圧力変化について解説する。また、ポテンシャル渦の速度分布と圧力分布について導出し、説明する。○角を曲がる流れが剥離する理由を説明できる。 
8. 運動量の法則  質点の運動における運動量の法則を、流体の場合、その物理的意味をどのように考え、適用すべきか解説する。○物体に働く流体力を、その物体まわりの運動量変化から求めることができる。 
9. 渦なし運動の一般理論  渦なし流れを学習するに当たり、循環の定義と意味を復習する。さらに、ストークスの定理、トムソンの定理など、渦なし運動の一般定理について説明する。○ストークスおよびトムソンの定理について理解し、説明できる。 
10. 速度ポテンシャル  速度ポテンシャルの物理的意味とその定義について説明する。○速度ポテンシャルから、速度を求めることができる。 
11. 流れ関数と流線  流れ関数の物理的意味とその定義について説明する。○与えられた流れ関数から、流線図を描き、流れの様子を把握することができる。また、流れ関数から、速度を求めることができる。 
12. 複素速度ポテンシャル  複素速度ポテンシャルの定義と、これを複素数zで微分することで、複素速度が求まることを導出し、説明する。○複素速度ポテンシャルW、速度ポテンシャルおよび流れ関数の関係を説明でき、Wから速度を求めることができる。 
13. 二次元渦なし流れ【一様流、角を曲がる流れ】  複素速度ポテンシャルを使って、1)一様流、2)角を曲がる流れを表す。各、複素速度ポテンシャルから、流線図を求め、流れの様子を解説する。○一様流および角を曲がる流れの流線図を描くことができる。 
14. 二次元渦なし流れ【直線渦糸、吹き出し吸い込み、二重吹き出し】  前回に続いて、複素速度ポテンシャルを使って、3)直線渦糸、4)吹き出しと吸い込み、5)二重吹き出し、6)一様流と吹き出しの重ね合わせ、について解説する。○各流れの流線図を求め、流れの様子を理解できる。 
15. 二次元渦なし流れ【円柱まわりの流れ】  引き続いて、複素速度ポテンシャルによって、7)一様流中に置かれた円柱まわりの流れ、8)回転円柱まわりの流れについて解説する。○円柱まわりの流れの様子を理解することができる。 
テキスト
【書籍名】 【著者】 【出版社】
1. 特に定めない。必要に応じて資料を配布する。     
参考文献
【書籍名】 【著者】 【出版社】
1. 大学講義 流体力学  伊藤 栄覚、本田 睦  丸善株式会社 
2. 機械工学基礎講座6 水力学・流体力学  市川常雄  朝倉書店 
3. 流体力学  日野幹雄  朝倉書店 
授業方法の形式
講義 
成績評価方法及び評価基準
定期試験(100%)で評価し、100点満点で60点以上を合格とする。 
受講生へのメッセージ
 この科目では、流体運動の基礎式の導出、応用を通して、流体運動の基本について説明を行う。受講生には、式を丸暗記するのではなく、式導出の考え方や、式の物理的意味を理解してほしい。

 空気や水など流体の運動は、通常透明で、直接目で観察できず、理解し難い面がある。講義で理解しにくかった部分については、積極的に質問して、理解を深めてほしい。 
参考URL
画像
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更新日時 2020/02/26 11:00


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