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流れ学I及演習


流体力学の中で最も基本的な水力学について、現象の物理的意味を考えながら学習し、さらに演習問題を解くことにより、流体力学の基礎を身に着ける。以下に具体的な目標を示す。

(1) 連続の式、ベルヌーイの式を通じて、保存則の意味を理解し、応用問題に適用できるようにする。
(2) 運動量保存則・角運動量保存則を用いて、流体が物体等に及ぼす力について理解する。
(3) 物体周りの流れと流れの抵抗の関係を理解する。
(4) ポンプや水車などの損失・効率を用いて流体機械の設計手法の基礎を理解する。
(5) 流れの計測方法について具体的な知識を習得する。

(JABEE学習・教育目標)
「機械工学プログラム」:(D)◎、(F)○

(JABEEキーワード)
「機械工学プログラム」:エネルギー保存則(ベルヌーイの式)、質量と運動量 の保存、設計法、理想流体の力学、層流と乱流、粘性流体の力学、各種流れの抵 抗、流れの計測

(前提となる基礎知識と習得後の展開)
本科目を履修する前に、「数学I」、「数学II」により微分積分学を、さらに「工業力学及び演習I」、「工業力学及び演習II」により速度と加速度、質点に働く力と運動法則、仕事とエネルギー、動力、運動量と力積に関する項目を習得しておく必要がある。
本科目の習得後は「流れ学II」に進み、「流体機械」などの応用的な科目を履修することができる。

講義ノート(準備中)
受講上の注意
対数グラフの使い方
ムーディー線図の使い方
ギリシャ文字と数式の読み方
水野先生秘伝のレジメ
勉強したい人のための問題集

<授業計画>
1. [ガイダンス] 流体の基本的性質
2. [理想流体の力学] 流体の静力学
3. [エネルギー保存則] 連続の式,ベルヌーイの式の導出
4. [エネルギー保存則] ベルヌーイの式の応用
5. [質量と運動量の保存則] 運動量保存則を用いて、管内に作用する流体力を求める
6. [角運動量保存則] 角運動量保存則を用いてポンプ等の流体機械に作用する流体力を求める
7. [粘性] 粘性流れ(1) 粘性によって流体に作用するせん断応力について解説する.層流と乱流,ニュートン流体,レイノルズ数など
8. [層流と乱流] 粘性流れ(1) 管内流れ(ハーゲン・ポアズイユの式)を中心に粘性流体の性質を述べる
9. [層流と乱流] 粘性流れ(2) ムーディー線図を用いて、管路内の流れと抵抗について学ぶ
10. [エネルギー変換] ポンプや流体機械の損失を考慮して、流体機械の性能を評価する
11. [各種流れの抵抗] 円柱や翼に作用する流体力について説明し、はく離についても解説する
12. [流れの計測] ピトー管、熱線流速計など計測機の原理を説明する
13. [流体工学の応用] タービン・自動車・航空機・風車等の流れを利用した機器について解説する
14. [全体のまとめ] エネルギー保存則、質量と運動量の保存則、各種流れの抵抗を中心に講義全体のまとめを行う

演習問題
第一回 流体の基本的性質及び単位系
第二回 静止流体力学
第三回 ベルヌーイの定理
第四回 ベルヌーイの定理の応用
第五回 運動量保存則
第六回 角運動量保存則
第七回 粘性(層流と乱流)
第八回 粘性流れ(ポアゾイユ流れ))
第九回 管内流れ(乱流・ムーディー線図)
第十回 エネルギー変換
第十一回 物体の抵抗
第十二回 流れの計測
第十三回 総合演習

2005年度演習問題
2004年度演習問題
2003年度演習問題
2002年度演習問題
2001年度演習問題