2024年度 学院等開講科目 工学院 機械系
実在流体力学
- 開講元
- 機械系
- 担当教員
- 店橋 護 / 末包 哲也 / 大西 領 / 鈴木 佐夜香
- 授業形態
- 講義/演習 (対面型)
- メディア利用科目
- -
- 曜日・時限
(講義室) - 火5-8 (WL1-401(W541))
- クラス
- -
- 科目コード
- MEC.F211
- 単位数
- 1.50.50
- 開講時期
- 2024年度
- 開講クォーター
- 4Q
- シラバス更新日
- 2025年3月17日
- 使用言語
- 日本語
シラバス
授業の目的（ねらい）、概要
本講義では、粘性係数、ナビエ・ストークス方程式、レイノルズ数およびレイノルズの相似則等の基礎的事項から、平行流、平行平板間のクエット・ポアズイユ流、ハーゲン・ポアズイユ流、レイリー問題といった基本的な流れの解法、さらには、ストークス近似、オセーン近似、境界層、圧縮性流などの応用的な項目に関する内容まで網羅した講義を行います。講義と演習を密接に組み合わせて，機械工学分野における実際の流体機器の設計において重要となる粘性流体に関する基礎概念を習得します。
流体力学は機械工学における諸問題を扱う上で根幹となる重要な専門分野であり、この講義では、基礎流体力学で学ぶ非粘性流体に続き、粘性流体に関する基礎知識とそれを利活用できる能力を身に付けます。講義では、学習理解を深めるための演習時間を適宜設けます。
到達目標
本講義を履修することによって次の能力を修得する。
（１）粘性流体の基礎方程式を導出できる．
（２）代表的な平行流に対してナビエ・ストークス方程式の解を得ることができる
（３）境界層に関する基礎的事項を説明することができる．
（４）ストークス近似，オセーン近似を説明できる．
（５）摩擦抵抗と圧力抵抗、揚力を理解できる．
（６）圧縮性流体の基本事項を説明できる．
キーワード
粘性係数、ナビエ・ストークス方程式、レイノルズ数、平行流の解法、ストークス近似、オセーン近似、境界層、抗力と揚力、圧縮性流
学生が身につける力
- 専門力
- 教養力
- コミュニケーション力
- 展開力 (探究力又は設定力)
- 展開力 (実践力又は解決力)
- 6.機械工学の発展的専門学力，7.専門知識を活用して新たな課題解決と創造的提案を行う能力
授業の進め方
授業は講義形式で行われ，適切なタイミングで演習課題が課されます。各回の課題を予習・復習して下さい。
授業計画・課題
| 授業計画 | 課題 | |
|---|---|---|
| 第1回 | 粘性係数、応力テンソル、変形速度 | 流体の粘性，応力テンソル，変形速度について理解する |
| 第2回 | ナビエ・ストークス方程式、二次元クエット流れ、レイノルズ数およびレイノルズの相似則 | 粘性流体の基礎方程式の導出を理解し，レイノルズ数とレイノルズの相似則に関する知識を身に付ける |
| 第3回 | 平行流、平行平板間のクエット・ポアズイユ流、ハーゲン・ポアズイユ流 | 代表的な平行流に関するナビエ・ストークス方程式の解を理解する |
| 第4回 | レイリー問題、振動平板による流れ | レイリー問題等の振動平板による流れに関するナビエ・ストークス方程式の解を理解する |
| 第5回 | 境界層の概念、プラントルの境界層方程式 | 境界層の概念を理解し，境界層方程式を導く |
| 第6回 | 境界層方程式のブラジウス解 | 境界層方程式に関するブラジウスの解法を理解する |
| 第7回 | 境界層方程式の数値解 | 境界層方程式の数値解を求める |
| 第8回 | 境界層の運動量方程式と境界層の剥離 | 境界層の運動量方程式の導出と境界層の剥離特性を理解する |
| 第9回 | ストークス近似 | ナビエ・ストークス方程式のストークス近似を理解する |
| 第10回 | オセーン近似 | ナビエ・ストークス方程式のオセーン近似を理解する |
| 第11回 | 抗力と揚力 | 抗力と揚力を理解する |
| 第12回 | 流体の圧縮性、マッハ数 | 圧縮性を考慮する必要性とマッハ数を理解する |
| 第13回 | 熱力学的変化、等エントロピー圧縮性流体 | 等エントロピー圧縮性流体の特徴を理解する |
| 第14回 | 超音速流れと衝撃波 | 衝撃波の特徴を理解する |
準備学修(事前学修・復習)等についての指示
学修効果を上げるため，教科書や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。
教科書
日野幹雄、「流体力学」、朝倉書店、（１９９２） ISBN: 4-254-20066-8 C305
参考書、講義資料等
今井功、「流体力学（前編）」、裳華房、（１９７３） ISBN: 4-7853-2314-0
成績評価の方法及び基準
授業中の演習３０％，期末試験７０％で成績評価を行う。授業および期末試験は対面で実施する。
関連する科目
- 応用流体力学
履修の条件・注意事項
偏微分方程式（MEC.B213.A），ベクトル解析（MEC.B214.A），基礎流体力学（MEC.F201.R）を履修していること，または同等の知識があることが望ましい。