粘性流体力学

Fluid dynamics II(viscous flow and rheology)

専門教育科目

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工学部

3年

HETBO3MCA1

2単位

講義 (Lecture)

2024年度前期

(Spring semester)

伊藤 和宏

工学研究科

日本語

目標6／目標7／目標9

「履修の手引き」（オフィスアワー一覧）を参照してください

ユニバーサルパスポート（クラスプロファイルの授業Q&A）から連絡してください

5◎

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目標２:教え、寄り添う力

【講義目的】
本講義は、流体工学（2年次・後期）で学習した非粘性流体の知識をさらに発展させ、より実際の流動現象に近い粘性流体の性質や運動に対する理解を深めることを目的とする。これより、流体の輸送現象に関する知識を応用して化学プラントや反応装置の設計等における技術課題を解決し、研究開発を遂行できる能力を身につける。

※この科目は、教職課程（応用化学工学科・理科 中一種免 高一種免）における物理学に含まれます

【到達目標】
・層流・乱流境界層に関する基礎的な性質を説明できる（知能・技能）
・円管の摩擦抵抗や、流れの中に置かれた物体の抗力・揚力などを予測できる（思考力）
・非ニュートン流体などレオロジーの基礎的事項を説明できる（知能・技能）

サブタイトル：化学工学エンジニアのための設計・開発力を身につける流体力学
キーワード：境界層、損失、抗力、非ニュートン流

【講義内容】
本講義では、最初に粘性流体の基礎式を紹介し、工業的に重要な境界層の性質、管内流れ、物体が受ける流体抵抗について、演習問題の解説を交えながら講義する。またニュートンの粘性法則のみでは表現できない非ニュートン性流体の特徴や、レオロジーの基礎について解説する。

【授業計画】
1. 非粘性流体の復習・コーシーの運動方程式
2. ナビエ・ストークス式の解1（クエット流）
3.ナビエ・ストークス式の解2（円管流）
4. 円管内層流と乱流
5. ダルシ—・ワイスバッハ式と管摩擦係数
6. 円管流れの圧力損失・管路の諸損失
7. 管網計算・演習問題
8. 境界層の概念・中間試験
9. 層流境界層理論
10. 物体に働く力・円柱の抗力係数
11. 球の抗力係数・液中粒子の運動
12. 固定層と流動層
13. 非ニュートン流体の性質
14. 粘性流体のモデル化
15. 粘弾性流体・演習問題

※定期試験について：期末試験を行う
※パソコンの使用について：使用しない
※生成系AIの使用について：試験時に生成系AIにアクセスできる端末機器の使用は認めない。課題（演習の解答）として生成系AIの出力をそのまま提出することは原則認めない。それ以外の予復習における使用は制限しない。不正に生成系AIを使用したことが判明した場合は単位を認定しないことがあるので、注意すること。

「図解によるわかりやすい　流体力学」中林 功一，山口 健二，森北出版

「流体力学（非圧縮性流体の流れ学）」中山 司，森北出版

【予習】講義資料の事前読み込み（1ｈ×15週 = 15 h）
【復習】講義内容の理解を深め定着させるための講義資料・テキストの読み直し、関連事項の調査（1.5 h×15週 = 22.5 h），演習問題の解答作成（1 h×10回 = 10 h）、テスト対策（7 h×2回 = 14 h）

合計：61.5 h

採用しない

【成績評価の基準】
粘性流体の諸原理について理解し、予測できる者については、講義目的・到達目標に記載する能力（知識・技能、思考力）の到達度に基づき、S（90点以上）、S（90点以上）、A（80点以上）、B（70点以上）、C（60点以上）による成績評価のうえ、単位を付与する。

【成績評価の方法】
中間試験（6月第1週頃実施）40%、期末試験（8月第1週頃実施）40%、各回の演習問題20%を基準として、受講態度（出席や積極的な質問など）を含めて、総合的に評価する。

各回の演習問題は、次の講義内で解説する。
中間試験と期末試験は模範解答や講評をユニバーサルパスポートのクラスプロファイル機能を使って配布する。

流体工学（2年次・後期）を履修しておくことが望ましい。

該当しない