△流体力学及演習Ｉ（Fluid Mechanics and Exercise I）[3452]

＜授業のねらい及び具体的な達成目標＞

航空機，船舶から気象予測や野球ボールの運動まで流体力学が取り扱う分野は多岐多様である．また，一見，流体とは全く無関係に見える工業製品であってもその生産工程では流体力学の恩恵を受けている場合も多い．ここでは機械工学の立場から重要であると思われる内容を中心に，できる限り具体例を紹介しながら授業を展開する．また物理，工業力学等で学習した質点の力学と流体の力学との関係，考え方の同異について考察するよう履修期間中常に求めていく．以下に具体的な達成目標を示す．(1) オイラー的方法とラグランジュ的方法の記述方法の違いがわかること．(2) オイラーおよびナビエーストークスの運動方程式の物理的意味を理解すること．(3)保存則の意味を理解し，使用できること．(4)機械工学で重要とされる基本的な流体諸現象についての概略を理解し，詳細については専門書を参考にしながら考察できること．
（ＪＡＢＥＥ学習・教育目標）
「国際工学プログラム」
(C)基礎工学・専門工学知識の習得：◎
JABEE基準1の(1)の知識・能力：（ｄ）の（1)：◎

＜授業計画＞

１．［ガイダンス］流体とは何か？流体力学は何の役に立つのかあるいは現在の問題点は何かをジェットエンジン，ファンの原理や空力騒音，鳥の飛行原理，流体関連振動による事故を例に取りながら説明する．演習問題１．
２．［数学的準備１］流体力学を学習する上で必要な数学（初歩的なベクトル解析）について学ぶ．演習問題２．
３．［数学的準備２］流体力学を学習する上で必要な数学（初歩的な複素関数）について学ぶ．演習問題３．
４．［静力学］流体の静力学について学ぶ．特に圧力，表面張力に対する理解を深める．演習問題４．
５．［流れの記述方法］質点系との対比からオイラー的方法とラグランジュ的方法について学ぶ．演習問題５．
６．［運動方程式１］テイラー展開と実質微分・実質加速度の考え方について学ぶ．演習問題６．
７．［運動方程式２］実質微分・実質加速度の考え方とオイラーの運動方程式について学ぶ．演習問題７．
８．［質量保存則］連続の方程式の考え方と適用方法について学ぶ．演習問題８．
９．［循環と渦度］循環の定義，渦度の定義，渦度方程式について学ぶ．演習問題９．
１０．［エネルギー保存則１］ベルヌーイの定理の導出について解説する．トリチェリの定理を用いて計算する．演習問題１０．
１１．［エネルギー保存則２］流れの計測法並びにベルヌーイの定理（圧力方程式を含む）の成立条件について学ぶ．演習問題１１．
１２．［運動量保存則１］運動量方程式の一般的な導き方，考え方について解説する．演習問題１２．
１３．［運動量保存則２］運動量方程式の応用例から力の計算方法について学ぶ．演習問題１３．
１４．［運動量保存則３］運動量方程式の応用例を紹介する．演習問題１４．
１５．［流関数と速度ポテンシャル］流関数と速度ポテンシャルの定義について学ぶ．演習問題１５．
１６．［ポテンシャル流れ１］複素関数で表わされる基本的流れ（一様流，角を回る流れ）について学ぶ．演習問題１６．
１７．［ポテンシャル流れ２］複素関数で表わされる基本的流れ（渦糸，湧出し，二重湧出し）について学ぶ．演習問題１７．
１８．［物体周りの流れと流体力］円柱，翼周りの流れについて学ぶ．このとき物体にかかる流体力の計算方法について解説する．また，カルマン渦とストローハル数，についても触れる．演習問題１８．
１９．［自由表面をもつ流れ］微小振幅波について学ぶ．また，スロッシングと事故例についても紹介する．演習問題１９．
２０．［粘性流体の基礎方程式］ナビエーストークスの方程式について学ぶ．演習問題２０．
２１．［レイノルズ数およびレイノルズの相似則］レイノルズ数およびレイノルズの相似則について学ぶ．演習問題２１．
２２．［ナビエーストークス方程式の厳密解］代表的な粘性流れの例（クエット流れ，ハーゲン−ポアズユ流れ）について学ぶ．演習問題２２．
２３．［低いレイノルズ数域の流れ］ストークス近似・オセーン近似について学ぶ．演習問題２３．
２４．［境界層方程式］境界層の概念と境界層方程式について学ぶ．演習問題２４．
２５．［乱流］乱流とは何かを考え，乱流の観察例を紹介する．演習問題２５．
２６．［数値流体力学］代表的な数値解析法を紹介する．演習問題２６．

＜成績評価方法及び水準＞

原則として定期試験で最終成績を評価，６０点以上の者に単位を認める．ただし，試験の点数が僅かに６０点に届かずかつ授業内での演習問題・宿題の平均得点が一定点以上の者にはレポート提出を認め，レポート内容が単位認定相当と判断される場合には最終成績を６０点以上とする．
「国際工学プログラム」の学習・教育目標(C)は、本科目およびこの目標に対応する卒業に必要な他の該当科目をすべて習得することにより達成される。

＜教科書＞

「流体の力学」中山泰喜著（養賢堂）

＜参考書＞

「流体力学」日野幹雄著（朝倉書店）
「Fluid Flow」R.H. Sabersky A.J. Acosta E.G. Hauptmann and E.M. Gates（Prentice Hall）

＜オフィスアワー＞

金曜日　１２：３０〜１３：１０．１１号館３階．それ以外でもメールで約束の上，対応可．E-mail : at12164@ns.kogakuin.ac.jp

＜学生へのメッセージ＞

１年次に学習した数学，物理，工業力学の復習を期待する．流体力学の理解が困難な場合には，もう一度，質点の力学の勉強に立ち返ること．

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