2023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 | 流体工学特論Ⅰ | ||
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| 設置学科 | 機械工学専攻 | 学年 | 1年 |
| 担当者 | 松本 彰 | 履修期 | 前期 |
| 単位 | 2 | 曜日時限 | 月曜3 |
| 校舎 | 駿河台 | 時間割CD | F13A |
| クラス | |||
概要
| 学修到達目標 | この講義では非圧縮性粘性流体の物理現象の記述に重点をおき，以下の項目の理解を学習達成目標とする． ①連続体として流体をとらえ，その運動を記述できること．さらに，流体運動に特有な性質である｢粘性｣の役割を理解すること． ②非圧縮性Navier-Stokes方程式(NS方程式)の各項の物理的意味を理解し，具体的な流れ場に適用できること． ③境界層の概念を理解し，NS方程式から境界層方程式を求めること．境界層の間接的原因である物体に作用する圧力抵抗，直接的原因である摩擦抵抗を求めることができること． |
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| 授業形態及び 授業方法 |
「対面授業」 パワーポイントと講義プリントを用いて授業(含む演習)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 |
基礎数学，基礎力学を修得していること． |
授業計画
| 第1回 | 「シラバスの内容を確認の上，授業に臨むこと」 1回目の授業に入る前に，シラバスの主要部分を簡単に説明する． 1.プロローグ 物質の分類および性質，流体の粘性・圧縮性，連続体としての流体，流体の運動を支配する方程式 |
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| 第2回 | 2．流れの運動学(1) 運動学であつかう変数(流体粒子の速度，加速度，変形，回転など)，運動の記述法(ラグランジュ表示とオイラー表示)，スカラー場とベクトル場の演算 【事前学習】講義プリント(1章)をよく読んで理解できない箇所を明確にし，質問事項をまとめておくこと．(120分) 【事後学習】演習問題1(別添)のベクトル関する問題を解き，授業内容の理解を深める．(120分) |
| 第3回 | 3．流れの運動学(2) テンソルの基礎，速度勾配テンソル，歪み速度テンソル，回転テンソル，固有値 【事前学習】講義プリント(2章)をよく読んで理解できない箇所を明確にし，質問事項をまとめておくこと．(120分) 【事後学習】演習問題1(別添)のテンソル関する問題を解き，授業内容の理解を深める．(120分) |
| 第4回 | 4．粘性流体の支配方程式 連続の式(質量保存則)とNavier-Stokes方程式(運動量保存則)の誘導 【事前学習】講義プリント(3章)をよく読んで理解できない箇所を明確にし，質問事項をまとめておくこと．(120分) 【事後学習】章末の演習問題を解き，授業内容の理解を深める．(120分) |
| 第5回 | 5．渦の力学 渦線と渦管，自然渦と強制渦，ヘルムホルツの渦定理，渦度方程式の誘導 【事前学習】講義プリント(4章)をよく読んで理解できない箇所を明確にし，質問事項をまとめておくこと．(120分) 【事後学習】章末の演習問題を解き，授業内容の理解を深める．(120分) |
| 第6回 | 6．Navier-Stokes方程式の厳密解(1) 定常平行流，円筒座標表示によるNavier-Stokes方程式，定常軸対称流 円形クエット流れ 【事前学習】講義プリント(5章)をよく読んで理解できない箇所を明確にし，質問事項をまとめておくこと．(120分) 【事後学習】章末の演習問題を解き，授業内容の理解を深める．(120分) |
| 第7回 | 7．Navier-Stokes方程式の厳密解(2) 非定常平行流，レイリーの第1問題，振動平板による流れ(ストークスの第2問題) 【事前学習】講義プリント(6章)をよく読んで理解できない箇所を明確にし，質問事項をまとめておくこと．(120分) 【事後学習】章末の演習問題を解き，授業内容の理解を深める．(120分) |
| 第8回 | ８．力学的相似性 次元解析，相似則，相似パラメータ 【事前学習】講義プリント(7章)をよく読んで理解できない箇所を明確にし，質問事項をまとめておくこと．(120分) 【事後学習】章末の演習問題を解き，授業内容の理解を深める．(120分) |
| 第9回 | 9．Navier-Stokes方程式の近似解(1) 遅い流れ，レイノルズ数相似則，ヘルショウ流れ 【事前学習】講義プリント(8章)をよく読んで理解できない箇所を明確にし，質問事項をまとめておくこと．(120分) 【事後学習】章末の演習問題を解き，授業内容の理解を深める．(120分) |
| 第10回 | 10．Navier-Stokes方程式の近似解(2) 球のまわりの遅い流れ，Stokes近似，Oseen近似 【事前学習】講義プリント(9章)をよく読んで理解できない箇所を明確にし，質問事項をまとめておくこと．(120分) 【事後学習】章末の演習問題を解き，授業内容の理解を深める．(120分) |
| 第11回 | 11．境界層とは 渦度の拡散と移流，境界層方程式の誘導，境界層厚さの定義，排除厚さ，運動量厚さ 【事前学習】講義プリント(10章)をよく読んで理解できない箇所を明確にし，質問事項をまとめておくこと．(120分) 【事後学習】章末の演習問題を解き，授業内容の理解を深める．(120分) |
| 第12回 | 12．平板に沿う境界層の解析解 Blasius方程式(非線形方程式)とその解 【事前学習】講義プリント(11章)をよく読んで理解できない箇所を明確にし，質問事項をまとめておくこと．(120分) 【事後学習】章末の演習問題を解き，授業内容の理解を深める．(120分) |
| 第13回 | 13．境界層方程式の積分 Kármánの運動量積分方程式 【事前学習】講義プリント(12章)をよく読んで理解できない箇所を明確にし，質問事項をまとめておくこと．(120分) 【事後学習】章末の演習問題を解き，授業内容の理解を深める．(120分) |
| 第14回 | 14．境界層の剥離 外部流の加速と減速による境界層への影響，境界層制御 【事前学習】講義プリント(13章)をよく読んで理解できない箇所を明確にし，質問事項をまとめておくこと．(120分) 【事後学習】章末の演習問題を解き，授業内容の理解を深める．(120分) |
| 第15回 | 15．乱流問題への導入 乱流への遷移，層流の安定性 【事前学習】講義プリント(14章)をよく読んで理解できない箇所を明確にし，質問事項をまとめておくこと．(120分) 【事後学習】章末の演習問題を解き，授業内容の理解を深める．(120分) |
その他
| 教科書 |
使用しない．毎授業の前にCST-VOICEに講義用プリントを掲示する．
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| 参考資料コメント 及び 資料（技術論文等） |
東京工業大学 機械工学科 編集 『機械工学のための数学Ⅰ -基礎数学-』 朝倉書店 2007年 第1版
(2)Hermann Schlichting, Boundary-Layer Theory, McGRAW-HILL BOOK COMPANY, 1979, 7 edition
(3)Pijush. K. Kundu et al., Fluid Mechanics, ACADEMIC PRESS, 2016, 6 edition
(1) 本講義で必要な基礎数学が網羅されている．
(2)世界的名著であり流体工学を専攻する学生に一読を薦めます．
(3)流体力学を基礎から勉強しようとする学生に薦めます．詳しく丁寧に記述されており，練習問題も多く含まれています．
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| 成績評価の方法 及び基準 |
2回の課題レポート(8回目，15回目の講義終了時にCST-VOICEに掲示)によって3つの達成目標を評価する．100点満点で60点以上を合格とする． |
| 質問への対応 | Eメールにおいて対応します． |
| 研究室又は 連絡先 |
Eメールアドレス : 初回の講義時に提示します． |
| オフィスアワー | |
| 学生への メッセージ |