流体解析特論（Advanced Fluid Analysis）[0002]

＜授業のねらい及び具体的な到達目標＞

流体の計測手法（圧力、流量、流速、流体力等）及び数値解析手法の基礎について学ぶ．
原理だけでなく、実際の使用時における問題点、誤差、測定のノウハウについても解説する．
数値解析手法については，大規模並列解析技術やその応用例についても説明する．
乱流解析、非定常データ解析を行うための統計的手法について学ぶ．

実験手法とデータ解析手法を学ぶことにより、修士論文における実験データの精度や有効性に関する検討ができるようにする．基本的には実験に関する講義であるが、流体数値解析を行っている学生にもデータ分析の基礎として有益な情報を提供する．

※システムデザイン専攻の履修者については以下が適用される。

（JABEE学習・教育到達目標）
「システムデザインプログラム」
（A）工学関連分野の原理・原則に関する深い知識と応用力を身につけた人材を育成します：◎

JABEE基準1の（2）の内容
（c），（d）：◎
（b），（e），（g）：○

Learn the basics of fluid measurement methods (pressure, flow rate, flow velocity, fluid force, etc.) and numerical analysis methods.
Not only the principle, but also the errors and measurement know-how in actual use will be explained.
To understand the numerical simulation of flow analysis, large-scale parallel analysis technology and its application examples are intorocuced.
Learn about statistical methods for turbulent flow analysis and non-stationary data analysis.

Students will be able to examine the accuracy and effectiveness of experimental data in their master's thesis. Basically, it is a lecture on experiments, but it also provides useful information as a basis for data analysis to students who are conducting fluid numerical analysis.

For the students of major of system design, the following applies.

(JABEE Learning · Educational Goal)
"System design program"
(A) Foster human resources who have deep knowledge and applied skills on principles and principles of engineering related fields: ◎

Contents of (2) of JABEE standard 1
(C), (d): ◎
(B), (e), (g): ○

＜授業計画及び準備学習＞

１日目
1.イントロダクション
　流体力学を作ってきた巨人たち:ダビンチ、ハーゲン、ナビエ、レイノルズ、カルマン、 プラントル、ライトヒルらの功績を逸話を交えて解説する．
2.圧力計測
　圧力計測法の基礎：マノメータから感圧塗料まで
3.流量計測
　熱流体実験の基礎である流量計測について解説する．オリフィスやノズルだけでなく超音波流量計、コリオリ力流量計の原理についても学ぶ．
4.流速計測1（ピトー管）
　ピトー管の原理、５孔ピトー管の校正方法について解説する．
5.流速計測2 (熱線流速計)
　熱線流速計の原理と乱流計測への応用について解説する．
２日目
6.流速計測3(LDV計測）
　レーザーおよび光学系の原理とLDVのについて解説する．
7.流速計測4（PIVとPTV）
　PIVおよびPTVの原理について解説するとともに画像処理技術についても説明する．
8.流れの可視化と流体力計測
　油膜法、水素気方法、スモークワイヤ、タフト法など可視化手法について学ぶ．
　流体力の測定法について実際の実験データを参考にしながら解説する．
9.数値流体解析の基礎
　差分法を中心に数値流体解析手法の基礎について説明し，簡単な解析プログラムを使った演習を行う．
10.大規模数値流体解析の基礎
　大規模数値解析で用いられる並列解析手法について学習する．

３日目
11.非定常計測（サンプリング定理、エルゴート仮説）
　非定常計測の基礎となるサンプリング定理、エルゴート仮説、平均値、RMS値などの求め方について学ぶ．
12. 大規模数値流体解析の応用例
　実際の大規模数値流体解析の応用例について紹介し，企業における数値解析の利用方法などを学ぶ
13.ケーススタディ
各自が行なっている計測手法,解析手法の精度や技術的な課題についてプレゼンテーションを行い，課題について議論する．

Day 1
1. Introduction
Giants who have made fluid mechanics: Anecdotes and commentary on the achievements of Da Vinci, Hagen, Navier, Reynolds, Kalman, Prandtle, Lighthill et al.
2. Pressure measurement
Fundamentals of pressure measurement: From manometers to pressure sensitive paints
3. Flow rate measurement
The flow measurement, which is the basis of thermal fluid experiments, is explained. Learn about the principle of ultrasonic flowmeters and Coriolis force flowmeters as well as orifices and nozzles.
4. Flow velocity measurement 1 (pitot tube)
The principle of the pitot tube and the calibration method of the 5-hole pitot tube are explained.
5. Flow velocity measurement 2 (heat ray current meter)
The principle of a hot-wire anemometer and its application to turbulence measurement are explained.
Day 2
6. Flow velocity measurement 3 (LDV measurement)
Explain the principle of laser and optical system and LDV.
7. Flow velocity measurement 4 (PIV and PTV)
xplain the principles of PIV and PTV as well as the image processing technology.
8. Flow Visualization and Fluid Force Measurement
Learn about visualization methods such as oil film method, hydrogen gas method, smoke wire, Tuft method.
The measurement method of fluid force is explained referring to the actual experimental data.
9. Fundamentals of Computational Fluid Analysis
The basics of numerical fluid analysis methods will be explained focusing on the difference method, and exercises using a simple analysis program will be conducted.
10. Basics of large-scale computational fluid analysis
Learn about parallel analysis methods used in large-scale numerical analysis.

Day 3
11. Non-stationary measurement (sampling theorem, ergodic hypothesis)
Learn about the sampling theorem that is the basis of nonstationary measurements, ergote hypothesis, average value, RMS value, etc.
12. Application example of large-scale computational fluid analysis
Introduce practical applications of large-scale computational fluid analysis and learn how to use numerical analysis in companies
13. Case Study
Students will give a presentation on the accuracy and technical issues of the measurement and analysis methods about his/her work, and discuss the issues each other.

＜成績評価方法及び水準＞

レポート及び講義における発表内容で評価する．
Evaluate by the report and the presentation in the lecture.

＜教科書＞

講義に必要な資料はプリントとして配布する．また、WEB上に資料を掲載する．
http://aero.me.tut.ac.jp/Lectures/
講義前に上記URLを参照しておくこと．

＜参考書＞

乱流入門　H. Tennekes (著), J.L. Lumley (著), 藤原 仁志 (翻訳), 荒川 忠一 (翻訳)　東海大学出版会
流体実験ハンドブック　笠木 伸英 (編集), 朝倉書店

＜オフィスアワー＞

土曜日　13時から15時（新宿）
メールで事前に確認してください．（iida@me.tut.ac.jp)

＜学生へのメッセージ＞

流体計測や実験を行なう場合の注意すべき点などをわかりやすく解説します．
企業における数値解析事例の紹介や並列計算法などを紹介します．

I would like to explain in an easy-to-understand manner the points to be careful in fluid measurement and experiments.
I will Introduce examples of numerical analysis in industrial developments and introduce the parallel computing methods.