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科目の基本情報
| 開講年度 | 2024 年度 | |
|---|---|---|
| 開講区分 | 工学研究科(博士前期課程)機械工学専攻 | |
| 領域 | 主領域 : B | |
| 受講対象学生 |
大学院(修士課程・博士前期課程・専門職学位課程) : 1年次, 2年次 |
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| 選択・必修 | ||
| 授業科目名 | 流体工学特論 | |
| りゅうたいこうがくとくろん | ||
| Fluid Engineering | ||
| 単位数 | 2 単位 | |
| ナンバリングコード | EN-ENGY-5
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| 開放科目 | 非開放科目 | |
| 開講学期 |
前期 |
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| 開講時間 |
木曜日 5, 6時限 |
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| 授業形態 |
対面授業 * 状況により変更される可能性があるので定期的に確認して下さい
「オンライン授業」・・・オンライン会議ツール等を利用して実施する同時双方向型の授業 |
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| 開講場所 | ||
| 担当教員 | 前田 太佳夫(工学研究科機械工学専攻) | |
| MAEDA,Takao | ||
| SDGsの目標 |
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| 連絡事項 | * 状況により変更される可能性があるので定期的に確認して下さい |
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学修の目的と方法
| 授業の概要 | 流体現象を物理的な条件のもとにモデル化する題材として境界層理論を取り上げ，ナビエ・ストークス方程式を簡略化した境界層方程式を導くプロセスを講術する．また，粘性流体力学の理論的取り扱い方法及び様々な流れ場で観察される流体諸現象について講術する． (Course description/outline) This course deals with the process of deriving a boundary layer equation which simplifies the Navier-Stokes equation by taking up the boundary layer theory as a subject for modeling fluid phenomena under physical conditions. This course is also given on the theory of viscous fluid dynamics and various fluid phenomena observed in various flow fields. |
|---|---|
| 学修の目的 | 流体運動を支配する方程式の各項のオーダー評価を行うことにより各種モデル化に資する知識を得る．また，レイノルズ分解によって与えられる流れの乱れの考え方を理解する． (Learning objectives) The knowledge which contributes to various modeling is obtained by evaluating the order of each term of the equations governing fluid motion. The concept of flow turbulence given by Reynolds decomposition is also understood. |
| 学修の到達目標 | 解析が容易な層流境界層に対して，時間，速度および長さのスケールを用いて流れ場の物理量を表す方法を理解する．次に乱流境界層の構造を理解するとともに，定常流に微小撹乱が与えられたレイノルズ分解や流れの安定性理論の考え方と取り扱いを修得する． (Acheivements) The goals of this course is understanding how to represent physical quantities of flow fields using time, velocity and length scales for a laminar boundary layer which is easy to analyze. In addition, the structure of the turbulent boundary layer is understood and the modeling by Reynolds decomposition in which small disturbances given to a steady flow and the stability theory is learnt. |
| ディプロマ・ポリシー |
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| 成績評価方法と基準 | 期間中に複数回の計算課題や理論導出の課題を与え，全ての課題を提出することを成績評価の条件とする．課題に代えて授業中に小テストを行うこともある．全課題・小テストの合計評価100点満点中の60点以上を合格とする． (Grading policies and criteria) During the course period, some reports should be submitted. Only those who have submitted all reports will be accepted for grading. The exams may be given during class instead of reports. A score of 60 or higher out of 100 points on the reports and exams is considered a passing grade. |
| 授業の方法 | 講義 |
| 授業の特徴 | |
| 授業アンケート結果を受けての改善点 | 理論計算が多いため，板書を多用する． (Ideas for improving classes) Because of the large number of theoretical equations, hand writing on blackboard is always used. |
| 教科書 | とくになし． (Textbooks) Textbook is not necessary. |
| 参考書 | Hermann Schlichting, Klaus Gersten: Boundary-Layer Theory, Springer (Reference materials) Hermann Schlichting, Klaus Gersten: Boundary-Layer Theory, Springer |
| オフィスアワー | 木曜日12:00～13:00，工学部２号館４階2410室前田教員室 (Office hour) 12:00-13:00 on Thursday, Room 2410 on 4th floor of Building No.2, Faculty of Engineering. |
| 受講要件 | とくになし (Prerequisites) No restrictions |
| 予め履修が望ましい科目 | とくになし (Courses encouraged to take in advance) No restrictions |
| 発展科目 | 流体工学演習，エネルギー環境機械特論，エネルギー環境機械演習 (Advanced courses) Seminar in Fluid Engineering, Fluid Machinery for Energy and Environment, Seminar in Fluid Machinery for Energy and Environment |
| その他 |
英語対応授業である。 (This courses is English-supported.) 特別講義については工学部2号館２階の掲示板を参照すること． For special lectures, refer to the bulletin board on the 2nd floor of Building No.2, Faculty of Engineering. 授業へのＰＣの持ち込みは不可． PCs are not allowed to be brought to class. |
授業計画
| MoodleのコースURL |
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| キーワード | ナビエ・ストークス方程式，境界層理論，層流境界層，乱流境界層，安定理論 |
|---|---|
| Key Word(s) | Navier-Stokes Equation, Boundary Layer Theory, Laminar Boundary Layer, Turbulent Boundary Layer, Theory of Stability |
| 学修内容 | 第1回 ナビエ・ストークス方程式 第2回 境界層方程式 第3回 層流境界層と摩擦応力 第4回 境界層内の速度分布とはく離 第5回 運動量積分方程式 第6回 乱流境界層 第7回 レイノルズ分解 第8回 粘性底層と遷移層 第9回 安定理論 第10回 遷移に影響を及ぼす因子 第11回 乱流境界層の構造 第12回～第13回 プラズマ気流制御に関する特別講義（産業総合技術研究所 田中元史研究員） 第14回～第15回 風力タービンに関する特別講義（ウインドエナジーコンサルティング 今村博取締役） (Course contents) 1 Navier-Stokes equation 2 Boundary layer equation 3 Laminar boundary layer and friction stress 4 Velocity distribution and separation in the boundary layer 5 momentum integral equation 6 turbulent boundary layer 7 Reynolds decomposition 8 Viscous bottom layer and transition layer 9 Stability Theory 10 Factors affecting transition 11 Structure of turbulent boundary layer 12-13 Special Lecture on Flow Control by Plasma Actuator (Dr. Motofumi Tanaka, AIST) 14-15 Special Lecture on Wind Turbines (Dr. Hiroshi Imamura, Director of Wind Energy Consulting ) |
| 事前・事後学修の内容 | 事後学修として主として次の課題を解いてもらいます． ナビエ・ストークス方程式から境界層方程式の導出 流れ関数を用いた境界層内の速度の導出 レイノルズ分解による微小撹乱の計算 安定理論を用いたナビエ・ストークス方程式の導出 (Contents for pre and post studies) As a post-learning, the following subjects should be mainly solved as a homework. Derivation of boundary layer equations from Navier-Stokes equations Derivation of velocity in boundary layer using stream function Calculation of small disturbances by Reynolds decomposition Derivation of Navier-Stokes equation using stability theory |
| 事前学修の時間:90分/回 事後学修の時間:150分/回 |