2021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 | ||
|---|---|---|---|
| 設置学科 | 機械工学専攻 | 学年 | 1年 |
| 担当者 | 鈴木 康方 | 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 | 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）は非線形であるために、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解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を理解し，説明できる。 |
|---|---|
| 授業形態及び 授業方法 |
パワーポイントと板書を併用し，必要に応じて資料を配布して講義を進める． |
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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 | ガイダンス ・数値流体力学の位置付け ・差分法の適用手順 【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．（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（１２０分） |
|---|---|
| 第2回 | 差分化の方法 【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．（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．（１２０分） |
| 第3回 | 2階偏微分方程式の分類とその代表例 【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．（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．（１２０分） |
| 第4回 | 熱伝導方程式と無次元化 ・差分解法 ・陽解法と陰解法 ・オイラーの陽解法 【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．（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．（１２０分） |
| 第5回 | 陽解法におけるパラメータｒと数値安定性 【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．（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．（１２０分） |
| 第6回 | 陰解法 ・オイラー法とクランク・ニコルソン法 ・Von-Neumannの方法 【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．今までの講義ノートを復習しておく．（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．（１２０分） |
| 第7回 | 陰解法の解法．連立一次方程式を解く 【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 | 楕円型方程式の解法と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．（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．（１２０分） |
| 第9回 | ナビエ・ストークス方程式，バーガース方程式と上流差分，時間項の高次陽差分 【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．（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．（１２０分） |
| 第10回 | キャビティ問題の解き方。 ・流れ関数 ・MAC法 ・境界条件 【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」「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．（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．（１２０分） |
| 第11回 | 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 【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．（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．（１２０分） |
| 第12回 | 解析格子形成法 【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．（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．（１２０分） |
| 第13回 | 空力騒音の分類と基礎方程式 ・ジェット騒音とLighthill方程式，次元解析 ・固体壁がある場合の騒音とLighthill-Curleの式 ・渦音理論とHoweの式 【事前学習】関連分野を調べて理解できない箇所をまとめる．（120分） 【事後学習】講義資料をもとに重要な説明，式や用語をまとめる．（120分） |
| 第14回 | 空力騒音の基礎方程式と数値解析手法の基礎 ・空力騒音の相似則 ・騒音源 ・空力音源の解析 【事前学習】関連分野を調べて理解できない箇所をまとめる．（120分） 【事後学習】講義資料をもとに重要な説明，式や用語をまとめる．（120分） |
| 第15回 | 最終課題(レポート)の解説 ・数値流体解析課題の解決方法を解説する． 【事前学習】これまでの講義ノートを復習し，しっかりと理解する．（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．（１２０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 『流体解析の基礎』 朝倉書店 2014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％ |
| 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: suzuki.yasumasa＠nihon-u.ac.jp |
| オフィスアワー |
水曜 駿河台 12:20 ～ 13:00 タワー・スコラS1719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。 なるべく基本的な事項に重点を置いて応用例も交えて説明します。 |