流体工学3 2015・M5・前期専門科目・選択 1 機械工学に関する基礎的

授業科目名
流体工学 3
履修年次・学期
2015・M5・前期
科目区分
専門科目・選択
教育目標との対応
1 機械工学に関する基礎的な専
門知識がある。
単位数
1（学修単位 JABEE 認定）
オフィスアワ－
放課後
担当教員名
山根清美
授業点検教員名
門脇健
JABEE 科目区分
専門工学
JABEE 学習・教育目標
との対応
5-1 「システムづくり」のための
基礎的な工学能力がある
総時間数
授業概要
到達目標
成績評価方法
・評価基準
教科書
（参考書）
その他
総時間数 45 時間（授業 30 時間＋自学自習 15 時間）
流体工学１では、流体が運動しない場合（静止流体）を学んだ。
流体工学２では、流体が運動する場合（運動流体）を学んだ。具体的には、流体魂に質
量保存則と運動方程式を適用して、連続方程式とオイラーの運動方程式を導いた。更に、
定常性を仮定してベルヌーイの式を導いた。
これらは、流体の粘性（さらさら or ねばねば）を、考えなくても良い問題だった。
流体工学３では、流体の粘性が、流れに影響を及ぼす問題を中心に扱う。
概ね以下の順序で講義が進行する。
（１）粘性の影響は管壁に出る。これを境界層と呼び、流体摩擦が生じる。
（２）粘性は、圧力を損失させる。
（３）粘性は、流れの状態（層流と乱流）に影響し、レイノルズ数 Re で判断する。
（４）層流の流速分布。
（５）乱流の流速分布。
（６）境界層内の流速分布。
（１）ニュートンの粘性の法則（粘性係数の定義）を説明できる。
（２）レイノルズﾞ数 Re（=vd/ν）の意味と用途が説明できる。
（３）ダルシー・ワイスバッハの式（管摩擦圧力損失 h）が説明できる。
（４）円管内の層流の流速分布が導出できる。
（５）ハーゲン・ポアズイユの法則が説明できる。
（６）境界層を説明できる。
（７）円管内の乱流の流速分布が説明できる。
（８）管路の損失ヘッドと水力勾配線が理解導できて、損失の計算が出来る。
全出席(実験系)
2/3 出席
○
出席要件無
評価は下記の配点で行う。合格は最終評価 60 点以上とする。
中間試験
50 点
期末試験
50 点
学生のための流体力学入門、利光和彦・高尾学など著、パワー社、2200 円＋税
流体工学１、２の単位を取得している事を想定して講義します。
学修単位科目であり、１回の講義（90 分）あたり 90 分以上の予習復習をしているものとし
て講義・演習を進めます。
授業計画・内容
第1回
第2回
第3回
ガイダンス、理解度確認テスト、6 章管内のおける流れ
１）流体特性（圧縮性、粘性）
、基礎式（連続の式、運動方程式）を理解。
２）外力（圧力、せん断力）を理解。３）粘性力：せん断応力τの定義を理解。
6.1 流体摩擦
５）円管内流れの圧力損失を理解。６）レイノルズの実験：円管内の層流と乱流を理解。
７）レイノルズ数 Re：流体の状態は粘性と慣性の比 Re で予測できる事を理解。
6.2 管摩擦損失
第5回
第6回
第7回
第8回
第9回
第 10 回
第 11 回
第 12 回
第 13 回
第 14 回
6.2.1 層流の場合の管摩擦損失
１０）テーラー展開の理解。
１１）円管の速度分布 uを導出。
6.2.1 層流の場合の管摩擦損失
１２）流量 Q（ハーゲン・ポアズイユの法則）を導出。
１３）層流の円管内の管摩擦係数λの理論式を導出。
6.2.2 乱流の場合の管摩擦損失
９）乱流の管摩擦係数λの実験式（ブラジウスの式、ニクラゼの式）の理解。
１１）ムーディー線図の理解。
中間試験（6/5～6/18）
4／27（金）
5／11（金）
5／18（金）
5／25（金）
6／ 1（金）
6／ 8（金）
範囲：第１回～第７回までの学習内容。
6.2.3 円管でない場合の管摩擦損失、6.2.4 助走区間での摩擦損失
１４）層流の非円管内の管摩擦損失を求める等価直径 deの導出。
１５）助走区間の流れと十分発達した流れを理解。
6.3 管路における損失、6.3.1 損失ヘッドと損失を考慮したベルヌーイの式
１６）損失を考慮したベルヌーイの式を理解。
１７）管摩擦以外の損失ヘッドを理解。
6.3.2 代表的な損失
１８）入口、急拡大、急縮小、ディフューザー、曲り、出口での損失ヘッドを理解。
１９）圧力回収効率を理解。２０）管路の断面積が急変する場合の損失ヘッドを導出。
6.3.3 水力こう配線とエネルギーこう配線
２１）水力こう配線（位置＋圧力）
２２）エネルギー勾配線（位置＋圧力＋速度（＝全エネルギー）
）の理解。
6.4 境界層、6.4.1 主流と境界層、6.4.2 境界層の厚さの定義
２３）境界層の理解。２４）境界層厚さの定義式の理解。
２６）乱流の速度分布の式（指数・対数法則）を理解。
6.4.3 境界層内の速度分布、6.4.4 境界層のはく離
6／15（金）
6／22（金）
6／29（金）
7／13（金）
7／20（月）
7／24（火）
２７）次元解析で指数法則（カルマン・プラントルの 1/7 乗べきの法則）を導く。
２８）境界層の剥離と渦の発生の理解。
7／27（金）
範囲：第１回～第１４回までの学習内容。
期末試験の回答、講義全体のまとめ
第 16 回
4／20（金）
８）管の特性を表す摩擦係数λ、圧力損失の式（ダルシー・ワイスバッハ式）の理解。
期末試験（7/25～8/7）
第 15 回
実施日
4／13（金）
４）せん断応力（ニュートンの粘性の法則）
、粘性の大きさを表す粘性係数µを理解。
6.2 管摩擦損失
第4回
実施予定日
試験の返却・解答、および第１回から第１５回までのまとめを行う。
注意）授業実施予定日は、前年度の予定を記載している。今年度は、確定後に掲載します。
8／3（金）

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