2020年 大学院理工学研究科 シラバス - 機械工学専攻
設置情報
科目名 | 数値流体力学 | ||
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設置学科 | 機械工学専攻 | 学年 | 1年 |
担当者 | 小野 清秋 | 履修期 | 前期 |
単位 | 2 | 曜日時限 | 金曜2 |
校舎 | 駿河台 | 時間割CD | F52A |
クラス |
概要
学修到達目標 | [2020.5.22修正] [2020.6.29再修正] 数値流体力学の基礎を身に付ける.流れ場を支配する基礎方程式(ナビエ・ストークス方程式)は非線型であるために、数例を除いて解析解を求めることは不可能である。そこで近似解法として数値的に説く方法が用いられる。そのひとつである差分法について解説する。数値流体力学の基礎が理解できる。 |
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授業形態及び 授業方法 |
6月中旬までメディア授業。 ほぼ毎週課題を宿題として出題する。提出課題により成績評価をする。 |
準備学習(予習・ 復習等)の内容・ 受講のための 予備知識 |
流体力学、伝熱工学の知識があることが望ましい。 |
授業計画
第1回 | 【メディア授業】 ガイダンス。 数値流体力学の位置付け。 差分法の適用手順。 「課題①」の出題。 授業時間の残りを使って解答。 時間が足りない場合は宿題。 期限までにCSTポータルをつかって提出。 【事前学習】参考書またはネット検索を利用して、「数値流体力学」、「差分法」について調べ、どのようなことを学ぶのか理解しておくこと。(120分) 【事後学習】授業でとったノートを復習し、理解を深めておくこと。(120分) |
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第2回 | 【メディア授業】 前回の復習。 「課題①」の解説。 差分化の方法を具体的に説明。 「演習問題」 ビデオを止めて自ら解いてみる。 「課題②」を出題。 授業時間の残りを使って解答。 時間が足りない場合は宿題。 期限までにCSTポータルをつかって提出。 【事前学習】数学の参考書またはネット検索を利用して、「差分化の方法」、「テイラー展開」について調べ、復習しておくこと。(120分) 【事後学習】授業でとったノートを復習し、理解を深めておくこと。(120分) |
第3回 | 【メディア授業】 前回の復習。 「課題②」の解説。 「演習問題」 ビデオを止めて自ら解いてみる。 2階偏微分方程式の分類とその代表例。 「課題③」の出題。 授業時間の残りを使って解答。 時間が足りない場合は宿題。 期限までにCSTポータルをつかって提出。 【事前学習】数学の参考書またはネット検索を利用して、「2階偏微分方程式」について調べ、復習しておくこと。(120分) 【事後学習】授業でとったノートを復習し、理解を深めておくこと。(120分) |
第4回 | 【メディア授業】 「課題③」の解説。 熱伝導方程式と無次元化。 差分解放の説明。陽解法と陰解法。 オイラーの陽解法。 「課題④」を出題。 授業時間の残りを使って解答。 時間が足りない場合は宿題。 期限までにCSTポータルをつかって提出。 【事前学習】数学の参考書またはネット検索を利用して、「熱伝導方程式」について調べ、復習しておくこと。(120分) 【事後学習】授業でとったノートを復習し、理解を深めておくこと。(120分) |
第5回 | 【メディア授業】 「課題④」の解説。 rの影響を調べる。 「課題⑤」を出題。 授業時間の残りを使って解答。 時間が足りない場合は宿題。 期限までにCSTポータルをつかって提出。 【事前学習】参考書またはネット検索を利用して、「数値安定性」について調べ、理解しておくこと。(120分) 【事後学習】授業でとったノートを復習し、理解を深めておくこと。(120分) |
第6回 | 【メディア授業】 前回の復習。 「課題⑤」の解説。 陰解法の説明。(オイラー法とクランク・ニコルソン法) Von-Neumannの方法。 「課題⑥」を出題。 授業時間の残りを使って解答。 時間が足りない場合は宿題。 期限までにCSTポータルをつかって提出。 【事前学習】参考書またはネット検索を利用して、「陰解法」について調べ、理解しておくこと。今までの講義ノートを復習しておくこと。(120分) 【事後学習】授業でとったノートを復習し、理解を深めておくこと。(120分) |
第7回 | 【メディア授業】 前回の復習。 「課題⑥」の解説。 陰解法の解法。連立一次方程式を解く。 「課題⑦」を出題。 授業時間の残りを使って解答。 時間が足りない場合は宿題。 期限までにCSTポータルをつかって提出。 【事前学習】参考書またはネット検索を利用して、「連立一次方程式の解法」について調べ、理解しておくこと。(120分) 【事後学習】授業でとったノートを復習し、理解を深めておくこと。(120分) |
第8回 | 【メディア授業】 前回の復習。 「課題⑦」の解説。 楕円型方程式の解法 双曲型方程式の解法 【事前学習】参考書またはネット検索を利用して、「連立一次方程式の解法」について調べ、理解しておくこと。(120分) 【事後学習】授業でとったノートを復習し、理解を深めておくこと。(120分) |
第9回 | 【メディア授業】 前回の復習。 ナビエ・ストークス方程式の紹介 バーガース方程式と上流差分 時間項の高次陽差分 「課題⑨」を出題。 授業時間の残りを使って解答。 時間が足りない場合は宿題。 期限までにCSTポータルをつかって提出。 【事前学習】参考書またはネット検索を利用して、「バーガース方程式」、「上流差分法」、「高次精度差分法」について調べ、どのようなことを学ぶのか理解しておくこと。(120分) 【事後学習】授業でとったノートを復習し、理解を深めておくこと。(120分) |
第10回 | 【メディア授業】 「課題⑨」の解説 キャビティ問題を渦度ー流れ関数を用いて解く。 「課題⑩」を出題。 授業時間の残りを使って解答。 時間が足りない場合は宿題。 期限までにCSTポータルをつかって提出 【事前学習】流体力学の教科書またはネット検索を利用して、「ナビエ・ストークス方程式」について調べ、どのようなことを学ぶのか理解しておくこと。(120分) 【事後学習】授業でとったノートを復習し、理解を深めておくこと。(120分) |
第11回 | 【メディア授業】 「課題⑩」の解説 キャビティ問題をMAC法用いて解く。 「課題⑪」を出題。 授業時間の残りを使って解答。 時間が足りない場合は宿題。 期限までにCSTポータルをつかって提出 【事前学習】流体力学の教科書またはネット検索を利用して、「MAC法」について調べ、どのようなことを学ぶのか理解しておくこと。(120分) 【事後学習】授業でとったノートを復習し、理解を深めておくこと。(120分) |
第12回 | 【メディア授業】 「課題⑪」の解説 キャビティ問題の境界条件の入れ方。 「課題⑫」を出題。 授業時間の残りを使って解答。 時間が足りない場合は宿題。 期限までにCSTポータルをつかって提出 【事前学習】参考書またはネット検索を利用して、「MAC法」について調べ、どのようなことを学ぶのか理解しておくこと。前回までの講義ノートを復習し、しっかりと理解しておくこと。(120分) 【事後学習】授業でとったノートを復習し、理解を深めておくこと。(120分) |
第13回 | 【メディア授業】 「課題⑫」の解説 一般座標系でかかれたナビエ・ストークス方程式を用いる方法。 「課題⑬」を出題。 授業時間の残りを使って解答。 時間が足りない場合は宿題。 期限までにCSTポータルをつかって提出 【事前学習】参考書またはネット検索を利用して、「一般座標系」について調べ、どのようなことを学ぶのか理解しておくこと。(120分) 【事後学習】授業でとったノートを復習し、理解を深めておくこと。(120分) |
第14回 | 【メディア授業】 「課題⑬」の解説 格子形成法の解説。 「課題⑭」を出題。 授業時間の残りを使って解答。 時間が足りない場合は宿題。 期限までにCSTポータルをつかって提出 【事前学習】参考書またはネット検索を利用して、「格子形成法」について調べ、どのようなことを学ぶのか理解しておくこと。(120分) 【事後学習】授業でとったノートを復習し、理解を深めておくこと。(120分) |
第15回 | 「課題⑭」の解説 【事前学習】これまでの講義ノートを復習し、しっかりと理解しておくこと。(240分) |
その他
教科書 | |
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参考資料コメント 及び 資料(技術論文等) |
河村哲也 『流体解析I』 朝倉書店 1996年 第1版
桑原邦郎・河村哲也 『流体計算と差分法』 朝倉書店 2005年 第1版
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成績評価の方法 及び基準 |
平常の提出課題で評価。課題100% 課題は必ず提出してください。 他の履修科目に影響を与えない範囲で課題を解いてください。 |
質問への対応 | 授業教室. E-mailでも質問を受け付けます。 |
研究室又は 連絡先 |
e-mail: ono.kiyoaki20@nihon-u.ac.jp |
オフィスアワー |
金曜 駿河台 12:10 ~ 13:20 S1707室
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学生への メッセージ |
広い範囲の流体解析に適用できる数値流体力学の基礎を身に着けてください。 機械工学科設置「数値熱流体工学入門」を履修済みの学生が少数の場合は、より基本的な事項に重点を置いてを説明します。 |