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学習支援計画書(シラバス) 検索システム
専門教育課程 機械工学科
授業科目区分 科目名 単位数 科目コード 開講時期 履修方法
専門教育課程
専門科目
専門
流体力学
Fluid Dynamics
2 E029-01 2021年度
6期(後学期)
修学規程第4条を参照
担当教員名
*印は、実務経験のある教員を示しています。
授業科目の学習・教育目標
キーワード 学習・教育目標
1.粘性流れ 2.保存則 3.乱流流れ 4.CFD(数値流体力学) 5.地域連携 流体力学は,機械工学の基礎をなす4力学の一つであり,流力(性能)設計において重要な 役割を果たす.本科目は入門的な「流れ学I」および「流れ学II」の後を受けて、理論的に 流れ現象を捉える。とくに,実際の流体力学関連事象の理論的な解析についての基礎能力を 身につける。CFDを用いた演習を通して,流れ場様相の予測を行い,実際の流力解析手法を 体験する。また、地域企業の技術者から熱・流体に関連した最新技術と解決すべき問題につ いて説明を受け、理解を深める。
授業の概要および学習上の助言
「流れ学」の後を受けて、流体の力学について理論的に学ぶ。実際の流体に対する保存則やエネルギーの式、実際の流体運動 の基礎となる粘性流体力学における境界層の理論的な検討および乱流現象を主な対象として、以下のような項目に対して演習 をまじえながら、工学的・物理的意味の把握を重視して授業を行う。さらには上述の理論的な考え方を応用し、数値流体力学 (CFD)演習を行う。また、地域の技術者を招き、工作機械における流体に関する最新技術動向の説明を受け、関連分野にお ける課題を理解し、解決策を探求する。 1.流体力学の概要  2.保存則/連続の式/ナヴィエ・ストークスの式/エネルギーの式 3.乱流流れ/レイノルズ応力とプラントルの混合距離理論 4.数値解析/CFD演習 5.総合演習:流体力学に関する(地域貢献を含めた)特定課題についてのレポート発表・討議・検討会。自分の理解、考え 、質問を述べてみる。本質を深く考えてみる。疑問を思い切りぶつけてみる。 詳細な授業運営および日程は第1週目の授業時に説明する。
教科書および参考書・リザーブドブック
教科書:流れ学[朝倉書店] 参考書:指定なし リザーブドブック:指定なし
履修に必要な予備知識や技能
講義中に私語をするのもの、勉学意欲の無いもの、ノートをとらないものは履修できない。授業は講義・クイズ・小テスト・ 演習などで構成される。自ら積極的に授業へ参加するという意欲を持って授業に臨むこと。また3D_CADを用いたモデリ ングも行うため,3D解析・設計などで使用するモデリングに熟練しておくことが望ましい.
学生が達成すべき行動目標
No. 学科教育目標
(記号表記)
D,M 流れ現象を理論的に解析できる。
D,M 保存則を理解し,流体現象に応用できる。
D,M 粘性流れ現象を理論的にモデル化できる。
D,J,M,H CFDを用いて流れ現象をシミュレートできる。
D,J,M 地域に貢献できる問題について取り上げ,課題について探求できる。
D,M 課題および成果に対して効果的なプレゼンテーションができるとともに積極的に質疑応答できる。
達成度評価
評価方法
試験 クイズ
小テスト
レポート 成果発表
(口頭・実技)
作品 ポートフォリオ その他 合計
総合評価割合 30 30 30 10 0 0 0 100
指標と評価割合 総合評価割合 30 30 30 10 0 0 0 100
総合力指標 知識を取り込む力 15 10 10 0 0 0 0 35
思考・推論・創造する力 15 10 10 0 0 0 0 35
コラボレーションと
リーダーシップ
0 0 0 5 0 0 0 5
発表・表現・伝達する力 0 0 0 5 0 0 0 5
学習に取組む姿勢・意欲 0 10 10 0 0 0 0 20
※総合力指標で示す数値内訳、授業運営上のおおよその目安を示したものです。
評価の要点
評価方法 行動目標 評価の実施方法と注意点
試験 筆記試験を実施する.日程は授業明細を参照のこと.説明問題,式の導入・展開問題,計算問題いずれの 可能性もある.授業の教授内容,演習問題などを教科書を中心に十分復習しておくこと.電卓および学生 証は必ず持参のこと.
クイズ
小テスト
小テストを複数回行う.基本的には,講義内容の区切り毎に行う.また,随時,理解の程度の確認のため クイズを行う.学習内容の復習・確認を行う.計算問題が中心になるので教科書はもとより電卓を必ず持 参すること.
レポート *予習レポートおよび演習を複数回課す.基本的には章あるいは節毎に行う.その内容は教科書に関連事 項が掲載されているもの,あるいは既に他科目で習った範囲にあるものなので,十分に予習を行い回答す ること.なお,よく出来た(調べた)レポート成果は,レポート点の範囲内でボーナス点を付加する. 総合演習として流体力学の重要項目(特に地域に貢献できる問題)について、調査・実験などを通して理 解を深めレポートとして提出する。
成果発表
(口頭・実技)
*総合演習として以下の内容の授業を行う. *総合演習レポート課題の内容に関して、パワーポイントやポスターを用いてプレゼンテーションおよび ディスカッションを行う。 *発表者について評価すると共に,積極的に質疑に加わったものを質疑内容を含め評価する.活発な意見 交換,質疑応答がのぞまれる.
作品
ポートフォリオ
その他
具体的な達成の目安
理想的な達成レベルの目安 標準的な達成レベルの目安
流体現象が力学の基礎式に支配されることを把握し、粘性関連 流体現象、特に管内流れの基礎式の誘導を完全にできる。流体 損失の機構の説明が完全にでき管内流れ計算が出来る。流体現 象のモデル化に基づく基礎式における近似や問題点を理解でき る。地域の技術者から提示された問題を理解でき、その問題に 対して、CFDなどを用いてながら関連する流れ現象を把握・ 評価し、流れ現象などに関して科学的に本質的な推論と応用に ついて説明がでる。さらには提示された問題に対する解決策を 安全面に配慮しながら提案できる。積極的に質疑応答に参加で き、本質的な議論ができる。 流体現象が力学の基礎式に支配されることを知っており、粘性 関連流体現象、特に管内流れの基礎式の誘導の方法を説明し展 開できる。流体損失の機構の説明が簡単にでき基本的な管内流 れ計算が出来る。流体現象の基礎式における近似や問題点を理 解できる。地域の技術者から提示された問題を理解でき、その 問題に対して、CFDなどを用いてながら関連する流れ現象お よびその応用などに関して簡単に説明ができ、安全面について も考慮できる。積極的に質疑応答に参加できる。
CLIP学習プロセスについて
一般に、授業あるいは課外での学習では:「知識などを取り込む」→「知識などをいろいろな角度から、場合によってはチーム活動として、考え、推論し、創造する」→「修得した内容を表現、発表、伝達する」→「総合的に評価を受ける、GoodWork!」:のようなプロセス(一部あるいは全体)を繰り返し行いながら、応用力のある知識やスキルを身につけていくことが重要です。このような学習プロセスを大事に行動してください。
※学習課題の時間欄には、指定された学習課題に要する標準的な時間を記載してあります。日々の自学自習時間全体としては、各授業に応じた時間(例えば2単位科目の場合、予習2時間・復習2時間/週)を取るよう努めてください。詳しくは教員の指導に従って下さい。
授業明細
回数 学習内容 授業の運営方法 学習課題 予習・復習 時間:分
授業方針・目的・概要などの説明を通して、学習教育 目標の理解および達成度レベルを理解する。 本科目に必要な能力を小テストを通して理解する。 講義、演習を通して授業内容 を自己点検 流れ学ⅠおよびⅡで学習した内容 を講義中に行った小テスト問題を 通して復習する. 180
保存則およびそこから導き出される連続の式について 学習する。 講義、演習を通して授業内容 を自己点検 予習 予習ノート①(テキストP44-46を 熟読する.流れ学で学習したオイ ラーの運動方程式について復習す るとともに指定された予習ノート 課題の実施) 授業内容の復習 120
オイラーの式およびナヴィエ・ストークスの方程式に ついて学習する。 講義、演習を通して授業内容 を自己点検 予習 予習ノート②(テキストP46-50を 熟読.ナヴィエ・ストークスに関 する予習ノート実施) 演習課題の復習 講義内容の復習 (オイラーの運動方程式およびナ ヴィエ・ストークスの方程式の意 味を理解する。) 180
エネルギーの式および基礎式全体について学習する。 講義・小テストを通して自己 点検 予習(テキストP48-50を熟読) 小テストの復習 前回までの講義の復習 180
乱流現象について、とくにレイノルズ応力およびプラ ントルの混合距離について学習する。 講義・演習を通して自己点検 予習 予習ノート③(テキストP97-99を 熟読.せん断応力およびレイノル ズ応力、乱流について指定された 予習ノート課題の実施) 授業内容の復習 180
中間振り返り:試験を通して、ここまでの講義内容の 理解度確認と復習、および自己点検を行う。 試験 演習の復習 ここまでの授業の復習 180
地域の技術者やCFDを専門とする外部講師の講演や問 題提起を受け、流体に関連する課題を理解する。 特別講演 CFDを用いて地域に貢献できる課 題の検討 90
CFDについての基礎知識および乱流モデルについて 学習する。 講義・演習 講義内容の復習 演習課題の復習 (乱流モデルについて調べ、それ ぞれの特徴を確認する) 120
CFDについて、原理・手法などを学習する。 講義・CFD演習 講義内容の復習 (CFDの原理および特徴につい て調査する.また代表的な市販コ ードを取り上げその特徴を調べる ) 90
10 CFD演習:汎用ソフトを用いて管路内や物体まわり の流れを数値解析する。 演習 特に、別途配布される資料を 基に、管内流れのシミュレー ションを行う。(授業終了時 に成果報告を提出し自己点検 ) 演習課題の復習 (CFDソフトウエアを用いて流 速や物体形状を変化させ解析する ) 180
11 CFD演習:汎用ソフトを用いて管路内や物体まわり の流れを数値解析する。 演習 特に、別途配布される資料を 基に、自動車周りの2次元流 れのシミュレーションを行う 。(授業終了時に成果報告を 提出し自己点検) 演習課題の復習 (CFDソフトウエアを用いて流 速や物体形状を変化させ解析を行 い、抗力や揚力などを評価する) 180
12 CFD演習:汎用ソフトを用いて各自設定した課題に ついて数値解析する。 演習 各自の課題に対するモデル作 成および解析 演習課題の復習 (自ら取り上げた物体形状に対す る解析を行い、抗力や揚力などを 評価する) 180
13 CFD演習:汎用ソフトを用いて各自設定した課題に ついて数値解析する。 演習 各自の課題に対するモデル作 成および解析 演習課題の復習 (自ら取り上げた物体形状に対す る解析を行い、抗力や揚力などを 評価する) 240
14 授業後半部のまとめ:演習課題に関するまとめ、必要 であればCFD演習を行う。 演習 総合演習課題・CFD課題の実施 180
15 総合演習:流体力学の重要項目(とくに地域に貢献で きる問題)に関するレポートを作成提出し、その内容 についてポスターあるいはパワーポイントを用いてプ レゼンテーションする。またその内容についてディス カッションを行いながら、授業で身についたことに対 して自己点検を行う。 プレゼンテーションおよびデ ィスカッション 総合演習レポートを作成 プレゼンテーション準備 240