○流れ学Ｉ及演習（Fluid Flow I and Exercise）[6B01]

＜授業のねらい＞

本講義を履修する学生は，流体力学の中で最も基本的な水力学について、現象の物理的意味を考えながら学習し、さらに演習問題を解くことにより、流体力学の基礎を身に着ける。以下に具体的な目標を示す。
(1)連続の式、ベルヌーイの式を通じて、保存則の意味を理解し、応用問題に適用できるようにする。
(2)運動量保存則・角運動量保存則を用いて、流体が物体等に及ぼす力について理解する。
(3)物体周りの流れと流れの抵抗の関係を理解する。
(4)ポンプや水車などの損失・効率を用いて流体機械の設計手法の基礎を理解する。
(5)流れの計測方法について具体的な知識を習得する。

（JABEE学習・教育目標）
「機械工学エネルギー・デザインプログラム」：(D)◎、(F)○

（JABEEキーワード）
「機械工学エネルギー・デザインプログラム」：エネルギー保存則（ベルヌーイの式）(3h)、質量と運動量の保存(3h)、理想流体の力学(1.5h)、層流と乱流(1.5h)、粘性流体の力学(3h)、各種流れの抵抗(3h)、流れの計測(1.5h)

（前提となる基礎知識と習得後の展開）
本科目を履修する前に、「数学I」、「数学II」により微分積分学を、さらに「工業力学及び演習I」、「工業力学及び演習II」により速度と加速度、質点に働く力と運動法則、仕事とエネルギー、動力、運動量と力積に関する項目を習得しておく必要がある。
本科目の習得後は「流れ学II」に進み、「流体機械」などの応用的な科目を履修することができる。

＜受講にあたっての前提条件＞

物理学（力学）を履修（履修中を含む）していること。
数学（微分，積分）を履修（履修中を含む）していること。
微分方程式についての知識を有すること。

＜具体的な到達目標＞

本講義を履修した学生は，
・流体に関する運動量保存則，エネルギー保存則，ベルヌーイの式を用いて，流れ場の計算ができるようになる。
・運動量保存則を用いて，物体に作用する流体力の計算ができるようになる。
・管路の圧力損失を理解し，圧力損失を考慮した管路の計算ができるようになる。
・空気抵抗，揚力について理解し，自動車や航空機に作用する流体力の基本的な計算ができるようになる．

＜授業計画及び準備学習＞

1. [ガイダンス]　流体の基本的性質
2. [理想流体の力学]　流体の静力学
3. [エネルギー保存則]　連続の式，ベルヌーイの式の導出
4. [エネルギー保存則]　ベルヌーイの式の応用
5. [質量と運動量の保存則]　運動量保存則を用いて、物体に作用する流体力を求める
6. [質量と運動量の保存則]　運動量保存則の応用
7. [層流と乱流]　粘性流体の性質とレイノルズ数、層流と乱流について学ぶ
8. [中間試験]　学習成果の確認
9. [粘性流体の力学]　管内流れ（ハーゲン・ポアズイユの式）を中心に粘性流体の性質を述べる
10. [粘性流体の力学]　ムーディー線図を用いて、管路内の流れと抵抗、管路の設計法について学ぶ
11. [エネルギー変換]　ポンプや流体機械の損失を考慮して、流体機械の性能を評価する
12. [各種流れの抵抗]　円柱や翼に作用する流体力について説明し、はく離についても解説する
13. [各種流れの抵抗]　境界層とはく離の関係，層流，乱流について学ぶ
14. [流体工学の応用・全体のまとめ]　タービン・自動車・航空機・風車等の流れを利用した機器について解説する．また流体工学の社会への影響について学ぶ．
15. [定期試験]　学習成果の確認

毎回行なう演習課題は，翌週に採点したものを学生に返却し，学生が自分がどこまで理解したかを確認できるようにする．

毎週の講義内容を予習するため，2回目以降は次回の講義内容のA4 1ページ程度のレジメを配布する．学生は講義前にレジメを読んで，その日に行われる講義の内容を予習すること．また，その日の講義のポイントをまとめた資料を配布するので，講義後にそれを用いて復習を行うこと．予習によって講義が理解しやすくなり，復習によって講義内容を身に着けることができる．

＜成績評価方法＞

授業の形態は、原則として１時限目講義、２時限目演習とする。演習は試験形式で行なう。
成績評価は、演習問題40％、中間試験及び期末試験の平均点を60％とし、60点以上の者に単位を認める。

＜教科書＞

「基礎から学ぶ流体力学」飯田明由・小川隆申・武井昌宏・著（オーム社）

＜参考書＞

「詳解水力学」今木清康著(理工学社)
「流体力学（１）」大橋秀雄著（コロナ社）
「図解流体工学」望月修著（朝倉書店）

＜オフィスアワー＞

土曜日　13:00〜15:00
これ以外の時間帯の質問、及びメールでの質問などは、以下のメールアドレスまで。
iida@me.tut.ac.jp

＜学生へのメッセージ＞

具体的な例を示しながら基礎事項をていねいに説明する。演習を通じて理解を深めてほしい。
流れ学Ｉは流体力学の基礎であり、特に保存則について理解していただきたい。

＜参考ホームページアドレス＞

http://aero.me.tut.ac.jp/