数値熱流体工学（Numerical Thermal-Hydrodynamics）[3C01]

＜学位授与の方針＞

	1. 基礎知識の習得
◎	2. 専門分野知識の習得
	3. 汎用的問題解決技能
	4. 道徳的態度と社会性

＜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。】【大竹】
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)。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)
【以後、予習：適時指示する。復習：講義ノートを整理すること。】【大竹】
3. 定常二次元熱伝導、非定常一次元熱伝導（陽解法）【大竹】
4. 非定常一次元熱伝導（陰解法）。計算の安定性と精度。【大竹】
5. 流れの運動方程式の離散化（空間微分）【金野】
6. 流れの運動方程式の離散化（時間微分）【金野】
7. 圧力方程式の離散化と解き方【金野】
8. 流れの境界条件の扱い【金野】
9. 流れ解析の課題・高精度近似と乱流解析【金野】
10. 強制対流熱伝達：境界層問題と常微分方程式。自然対流熱伝達。【大竹】
11. 多相流や相変化を含む熱流体解析手法（界面捕獲法，界面追跡法，粒子法，分子動力学法）【平塚】
12. 分子動力学法における分子間相互作用と解き方【平塚】
13. 分子動力学法による相変化の解析【平塚】
14. 授業を振り返って

＜成績評価方法＞

各教員の指示による課題レポートを評価対象する。なお、各課題レポートの詳細は、各教員の第１回目講義で詳細を指示する。三教員の平均値をもって成績評価とする。
GPA D以上を合格とします。ただし、各教員の成績評価がGPA D以上を合格とするので、未出席授業の課題レポートについては、オフィスアワー等で指示を仰いで下さい。

「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＞

大竹：水曜日昼休み（13:00〜13:30）講師室にて。
金野：水曜日11:05〜12:50（新宿校舎17階）
平塚：木曜日 11:05〜12:50（八王子校舎8-201）

＜学生へのメッセージ＞

大竹：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。
金野：実際の数値解析演習とプログラミングを通して，流れ解析の基礎を学びます．
平塚：プログラミングと解析演習を通して様々なスケールの熱流体解析手法について理解を深めてください。

＜参考ホームページアドレス＞

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