流体力学１第１回 2015.4.09 流れの性質 1 キーワードで見る流体力学エネルギー抗力・揚力翼・翼列超音速・極超音速流衝撃波，流体関連振動流体音輸送機器風力・潮力・波力開水路，ポンプ，水車圧縮機，送風機ガスタービン流体輸送環境流体大気・海洋流不安定流現象・遷移流生物関連流れマイクロ流機能性流体電磁流体・プラズマ磁性流体・MR流体液晶，超流動環境・生物 Ref. http://www.jsme-fed.org/about/overview.html Fluid Mechanics 1 2 流体力学１の講義項目とその構成流れ学１，２流体力学１ ※ 流体を巨視的に扱う ※ 主に代数方程式を用いて解析 ※ 流体を微視的に扱う ※ 主に偏微分方程式を用いて解析 ● 静止流体力学 ● 流れの解析方法 ● 完全流体の力学 ● 粘性流体の力学 - Eulerの運動方程式・ひずみと応力の関係 - 連続の式 - 流体要素の変形 - Bernoulliの定理 - 連続方程式 - Navier-Stokesの運動方程式 ● 粘性流体の力学 - エネルギー方程式 - 層流（Poiseuille流れ） - 乱流 ● 理想流体のポテンシャル流 - 境界層 - 流関数 - 管内の摩擦損失 - 速度ポテンシャル - 複素ポテンシャル - 円柱まわりの流れ Fluid Mechanics 1 3 講義概要（到達目標）到達目標 1. 粘性や圧縮性れなど流れのもつ基本的な性質について説明することができる 2. 流れの解析方法に関する基礎的な考え方を理解し，流体要素の挙動について調べることができる 3. 流体の基礎方程式である連続方程式および運動方程式を導くことができる 4. 理想流体のポテンシャル流について複素ポテンシャルを計算することができ，様々な条件における流線を描くことができる 5. 非圧縮性粘性流体の流れの性質を理解し，その速度分布やパイプライン輸送における圧力損失等を計算することができる Fluid Mechanics 1 4 講義概要（テキスト）教科書・資料 - 教科書：工学基礎流体力学（岡本史紀・著，森北出版） - 資料：機械工学科Webサイトからダウンロード http://www.mech.shibaura-it.ac.jp/lecture/material_2015.html - ビデオ：予習ビデオの視聴を前提として授業を行う Fluid Mechanics 1 Fluid Mechanics 1 5 6 評価・その他評価方法 - 授業中の演習・小テスト，宿題・・・・４０％ - 期末試験・・・・・・・・・・・６０％注意事項 - 出欠管理用カードリーダーを打刻 - 遅刻厳禁 Fluid Mechanics 1 7 1. 物質の三態とその力学的性質流動性表面固体液体気体流体 Fluid Mechanics 1 8 圧縮性 2. 気体・液体・固体の密度 H2 N2 Gas 0.09×10 1.25×10 Liquid 0.071 0.83 Solid （0℃）（0℃）（-253℃）（-193℃） 0.076 1.14 （-260℃）（-271℃） unit: g/cm3 Fluid Mechanics 1 9 3. 流体の扱い方 - 流体は，連続的な広がりをもって空間のある領域を占めている．流体の状態を表す物理量や力学変数は流体内で連続的に変化する Fluid Mechanics 1 10 4. 流体と剛体の違い B’ B’ 流体内の２点間の距離は変化しうる A’ A’ B A B A 【剛体】【流体】 Fluid Mechanics 1 11 5. 流体運動のとらえ方 ▲ 『力学の新しい原理の発見』（Euler, 1750年）質点，剛体，弾性体，流体など，すべての物体に対する力学原理としてNewtonの運動方程式を採用流体を「微小な構成要素の集団」とみなし，個々の要素に対して同一の運動方程式が成立すると考える Eulerの運動方程式【参考】山本義隆，古典力学の形成，日本評論社 Fluid Mechanics 1 12 6. 流体要素，流体粒子 Molecules Fluid 流体要素中には，意味のある平均値が計算できる Δy 程度の分子数が含まれていること． Δx Fluid element（particle） Fluid Mechanics 1 13 7. Newtonの粘性法則 Newton’s law of friction y u Fluid element b Δy u+Δu u b’ B A Δy a a’ τ 隣接する流体要素から受ける力 x z Fluid Mechanics 1 A A 14 【参考】応力とひずみ b τ b’ せん断ひずみ ▲ δ c Fluid Mechanics 1 ▲ a c’ 横弾性係数 γ Δy - Shearing strain - Modulus of elasticity in shear τ d 15