数値熱流体工学（Numerical Thermal-Hydrodynamics）[2M01]

＜授業のねらい＞

1980年代より現在に至るまで、コンピュータを用いた数値シミュレーションがめざましい発展を遂げている。本講義では，熱と流れ現象を数値実験するための基礎知識を，有限差分法を中心に理解する。また、実際に数値計算を体験する演習の時間も設け、数値計算の能力を身につけることも目指す。
　
（JABEE学習・教育到達目標）
　「機械工学エネルギー・デザインプログラム」：　(D)◎
（JABEEキーワード）
　「機械工学エネルギー・デザインプログラム」：質量と運動量の保存、エネルギー保存則（熱力学の第一法則とベルヌーイの式），分子気体力学，理想流体の力学，粘性流体の力学，圧縮性流体の力学，数値流体力学，熱伝導，対流熱伝達

＜受講にあたっての前提条件＞

本科目を履修する前に，「流れ学II」により粘性流体の力学，「伝熱工学」により熱伝導および対流熱伝達を習得しておく必要がある．また、「微分方程式論」、「数値計算法I・II」で、微分方程式の解法を習得しておくことが望ましい。また、Excelを利用した数値計算の演習も行うので、「情報処理演習」を始めとするプログラムの演習も履修しておくこと。

＜具体的な到達目標＞

具体的には，種々の熱流体問題に対して数値計算を行う際の有限差分式を，流れおよび熱の支配方程式とテイラー展開法およびコントロール・ボリューム法を用いて導出できる能力を習得する。併せて，数値計算をする上での注意点を，数学的知識も用いて理解できる能力を習得する。また、実際に、熱伝導の数値計算も体験する。

＜授業計画及び準備学習＞

1. 数値熱流体工学の工学的意義と各種数値計算法の現状
【予習：シラバスを確認すること。復習：講義ノートを整理する。】
2. 熱および流体力学の基礎式(連続の式，運動方程式，エネルギー式)
【以後、予習：適時指示する。復習：講義ノートを整理すること。】
3. 有限差分法(テイラー展開法とコントロール・ボリューム法)
4. 定常二次元熱伝導
5. 偏微分方程式(楕円型，放物型，双曲型と特性曲線)
6. 非定常一次元熱伝導（陽解法）
7. 非定常一次元熱伝導（陰解法）
8. 計算の安定性と精度
9. Excelによる数値計算演習
10. 非圧縮性流体の流れ問題
11. 対流項と高精度差分スキーム
12. 強制対流熱伝達：境界層問題と常微分方程式
13. 自然対流熱伝達。流れ関数―渦度法，乱流モデル概説，分子動力学概説
14. 授業を振り返って

＜成績評価方法＞

定期（期末）試験に（定期試験期間中に実施）よる。60点以上を合格とします。
「機械工学エネルギー・デザインプログラム」の学習・教育目標(D)の一部は，上記の評価基準を満たせば，達成される．

＜教科書＞

特に定めない。（指定教科書なし。）

＜参考書＞

「JSMEテキストシリーズ　伝熱工学」日本機械学会(丸善)
「数値流体力学」荒川忠一著（東京大学出版会）

＜オフィスアワー＞

講義終了後（火曜日17:20より）、約１時間、講師室にて。

＜学生へのメッセージ＞

最先端の研究結果も積極的に取り入れています。実際に数値計算も体験してもらいます。

＜参考ホームページアドレス＞

http://intra.ns.kogakuin.ac.jp/~at10988/