2025年 理工学部 シラバス - 機械工学科
設置情報
| 科目名 | 熱流体工学 | ||
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| 設置学科 | 機械工学科 | 学年 | 3年 |
| 担当者 | 木村 元昭 | 履修期 | 後期 |
| 単位 | 2 | 曜日時限 | 水曜3 |
| 校舎 | 駿河台 | 時間割CD | F33R |
| クラス | |||
| 履修系統図 | 履修系統図の確認 | ||
概要
| 学修到達目標 | 熱機関の中には、ジェットエンジンや蒸気タービンのように、熱エネルギーを仕事に変えるために、高速気流の持つ運動エネルギーを利用する装置が多く、気体や蒸気が流動する際の性質を知る必要がある。熱流体工学では、ガスタービン、蒸気タービン、ロケットおよび高速管内流等の内部流動の基礎知識を学ぶ。 ①気体分子運動論を用いて理想気体の状態方程式を微視的観点から説明できる。 ②理想気体と実在気体の特徴を説明することができる。 ③連続の式、エネルギーの式、運動量及び理想気体の状態方程式を記述することができる。 ④全エンタルピー、全温度及び全圧力の式を記述し説明することができる。 ⑤圧力波と音速、マッハ数、圧力変動の伝播について説明することができる。 ⑥先細流路及び末広流路を通過する流動の特性を説明することができる。 ⑦等エントロピ流れの臨界圧力、限界速度、最大質量流量を導出することができる。 ⑧先細ノズル及びラバルノズルの特性を説明することができる。 ⑨ファンノ流れ及びレーリー流れを説明することができる。 |
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| 授業形態及び 授業方法 |
「対面授業」 講義中の板書（スライド含む）・解説を中心とした講義形式を行い，基礎的な概念の理解とその応用力を身につける。 |
| 履修条件 | 熱力学Ⅰ、熱力学Ⅱ、熱力学Ⅲ、流体力学Ⅰ、流体力学Ⅱを修得していることが望ましい。 |
| ディプロマ・ポリシー（DP）及びカリキュラム・ポリシー（CP）との関連 | 本授業科目はDP3・5及びCP3・5に該当しています。 |
授業計画
| 第1回 | 熱流体工学に関しての概要の説明 | シラバスの内容を確認の上，授業に臨むこと。 【事前学習】熱力学のテキストの第3章「理想気体の状態変化」、第8章「蒸気の性質と蒸気サイクル」、第11章「気体の流動」を熟読し、熱力学Ⅰ、熱力学Ⅱ、熱力学Ⅲで学習した内容を把握すること。 【事後学習】事前学習内容と熱流体工学の学習内容を振り返ること。 | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
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| 第2回 | 気体分子運動論を用いた気体分子の動きと圧力の関係に関する講義 | 【事前学習】熱力学のテキストの第1章「熱力学を学ぶための基礎事項」、第3章「理想気体の状態変化」を熟読し、質問事項をまとめること。 【事後学習】気体分子運動論を用いた気体分子の動きと圧力の関係について復習すること。 | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第3回 | 熱力学の一般関係 理想気体と実在気体についての講義 | 【事前学習】熱力学のテキストの第3章「理想気体の状態変化」、第8章「蒸気の性質と蒸気サイクル」を熟読し、質問事項をまとめること。 【事後学習】理想気体と実在気体について復習すること。 | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第4回 | 圧縮性流動を表現するため、連続の式、エネルギーの式、運動量の式に関する講義 | 【事前学習】熱力学のテキストの第11章「気体の流動」のｐ.189-ｐ.192を熟読し、質問事項をまとめること。 【事後学習】圧縮性流動を表現するため、連続の式、エネルギーの式、運動量の式について復習すること。 | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第5回 | 圧縮性流動の気体の流れの性質に関する講義 | 【事前学習】熱力学のテキストの第11章「気体の流動」のｐ.192-ｐ.195を熟読し、質問事項をまよめること。 【事後学習】圧縮性流動の気体の流れの性質について復習すること。 | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第6回 | 波動、圧力波と音速、マッハ数、圧力変動の伝播に関する講義 | 【事前学習】熱力学のテキストの第11章「気体の流動」および配布プリントを熟読し、事前質問事項をまよめること。 【事後学習】圧力波と音速、マッハ数、圧力変動の伝播についてテキスト及びプリントを用いて復習すること。 | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第7回 | ノズル内の流れに関連したノズル出口流速、質量流量、臨界圧力、限界速度、閉塞に関する講義と演習 | 【事前学習】熱力学のテキストの第3章「理想気体の状態変化」のｐ.196-ｐ.198を熟読し、事前質問事項をまよめること。 【事後学習】ノズル内の流れに関連した各項目について復習すること。 | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第8回 | 先細ノズルとラバールノズルの特性に関する講義 | 【事前学習】熱力学のテキストの第11章「気体の流動」のｐ.199-ｐ.200を熟読し、事前質問事項をまよめること。 【事後学習】先細ノズルとラバールノズルの特性についてテキスト及びプリントを用いて復習すること。 | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第9回 | 理解度確認演習及びその解説 | 【事前学習】熱力学のテキストの第11章「気体の流動」のｐ.190-200と配布プリントを用いて復習すること。 【事後学習】理解度確認演習でできなかった問題を解けるようにすること。 | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第10回 | 円管内の流動に関する講義 | 【事前学習】熱力学のテキストの第11章「気体の流動」のｐ.201-ｐ.202を熟読し、事前質問事項をまよめること。 【事後学習】円管内の流動についてテキスト及びプリントを用いて復習すること。 | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第11回 | 管の閉塞およびファンノ流れに関する講義（1） | 【事前学習】熱力学のテキストの第11章「気体の流動」のｐ.201-ｐ.202を熟読し、事前質問事項をまよめること。 【事後学習】円管内の流動についてテキスト及びプリントを用いて復習すること。 | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第12回 | ファンノ流れに関する講義（2）と演習 | 【事前学習】熱力学のテキストの第11章「気体の流動」のｐ.201-ｐ.202を熟読し、事前質問事項をまよめること。 【事後学習】円管内の流動についてテキスト及びプリントを用いて復習すること。 | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第13回 | レーリー流れについての講義 | 【事前学習】熱力学のテキストの第11章「気体の流動」のｐ.201-ｐ.202及び配布プリントを用いて熟読し、事前質問事項をまよめること。 【事後学習】レーリー流れについてテキスト及びプリントを用いて復習すること。 | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第14回 | 本講義で学修した気体の流動の内部流動（ノズルや管）の基礎知識の全般の復習と演習 | 【事前学習】熱力学のテキストの第11章「気体の流動」のｐ.190-ｐ.202及び配布プリントを用いて熟読し、ノートをまとめ事前質問事項をまとめること。 【事後学習】演習ででできなかった問題を解けるようにすること。 | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第15回 | 平常試験およびその解説 | 【事前学習】熱力学のテキストの第3章「理想気体の状態変化」、第8章「蒸気の性質と蒸気サイクル」、第11章「気体の流動」と配布プリントを用いて、本講義の全般を復習すること。 【事後学習】平常試験でできなかった問題を解けるようにすること。 | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
その他
| 教科書 |
熱力学Ⅰ及び熱力学Ⅱで使用した「基礎から学ぶ熱力学」を活用しながら、必要に応じて資料を提供する。
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| 参考書 |
吉田幸司、岸本健、木村元昭、田中勝之、飯島晃良 『基礎から学ぶ熱力学 [ISBN978-4-274-21854-5]』 オーム社 2022年 第1版
松尾一泰 『圧縮性流体力学 [ISBN4-8445-2145-4]』 理工学社 2004年 第1版
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| 成績評価の方法 及び基準 |
授業中の演習，宿題及び理解度確認演習の評価40%，平常試験60%の配分で100点満点とする。 |
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定期試験等に ついて |
理解度確認期間(１４週目又は１５週目)に平常試験を実施予定 |
| 質問への対応 | 随時対応 |
| 研究室又は 連絡先 |
木村元昭(駿河台タワー・スコラ17階) kimura.motoaki@nihon-u.ac.jp |
| オフィスアワー |
水曜 駿河台 12:10 ～ 13:20 木村元昭(駿河台タワー・スコラ17階)
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| 学生への メッセージ |