流れ学２

　流れの相似則，その一般化である次元解析に後述の管内流れを参考として述べる．
　次に，各種プラントの配管内の流れや生体の血管内流れのような実在の粘性流体の運動について概説し，粘性の性質，定義，粘度，動粘度およびニュートンの粘性法則を説明する．まず，速度の比較的小さく粘度が大きい流体が円管および平行平板間を層状に流れているポアズイユ流れの速度分布を運動方程式から誘導し，また球に作用する層流抵抗について述べる．つぎに，速度が大きい流れである乱流における滑らかな管と粗い管の摩擦について各種実験式を説明する．とくに乱流による運動量交換と乱流せん断応力をプラントルの混合長を取り入れ説明する．また，航空機や新幹線などの物体回りの流れの基本となる固体壁と流体との界面に発達する境界層流れを説明し，代表的物体として円柱や球の回りの流体抵抗について概説する．

達成目標

1.	粘性のある実在流体の運動を理解する．このうち，主に管内を流れる層流および乱流流れを説明できる．
2.	流れの相似則に基づき，次元解析を展開できる．
3.	円管および平行平板間内の層流流れについて，基礎方程式を誘導できる．
4.	乱流の概念と管内摩擦損失の関係について説明できる．
5.	境界層流れと物体に作用する抗力について概略を説明できる．

授業計画

1.	流れの相似則　　・流れの力学的相似について述べる．
2.	次元解析　　・相似性を表す法則であるバッキンガムのΠ定理による次元解析を述べる．
3.	ニュートンの粘性法則　　・粘性の性質，定義，粘度を固体の横弾性係数との相似性により対応させ，ニュートンの粘性法則について述べる．
4.	円管内の層流　　・速度の小さい円管内の層流流れであるポアズイユ流れの速度分布および圧力損失について述べる．
5.	中間試験１（範囲は１ー２）
6.	平行二平板間流れおよび球の層流抵抗　　・平行平板間の層流流れである二次元ポアズイユ流れの速度分布，圧力損失，および球に作用する層流抵抗について述べる．
7.	乱流の概念　　・層流と乱流について速度分布の特徴を示し，層流から乱流への遷移等の乱流の概念について述べる．
8.	滑らかな管の摩擦損失　　・摩擦による圧力損失から摩擦損失係数を定義し，滑らかな管を通る層流および乱流の摩擦損失について述べる．
9.	粗い管の摩擦損失　　・粗い管を通る乱流の摩擦損失係数を示し，実用上有用なムーディー線図について説明する．
10.	中間試験２(範囲は３−９）および講評
11.	乱流によるせん断応力　　・乱流のせん断応力をプラントルの混合長の概念を用いて概説する．
12.	滑らかな管の乱流速度分布　　・円管内乱流の速度分布を述べ，代表的な速度分布である1/7乗法則と，この法則から誘導される抵抗について述べる
13.	非円形管の摩擦係数　　・円管以外の正三角形，長方形および二重円管内流れの摩擦損失について，円管内流れとの対応関係の考え方について説明する．
14.	境界層流れと物体に作用する抗力　　・固体壁と流体の界面に生じる境界層流れの概念とポテンシャル流れ，平板上に発達する境界層流れ，円柱および球回りの流れおよび作用する抗力について述べる．
15.	期末試験（４，６，および８−１４を重点を置く．）

評価方法と基準

教科書・参考書

履修前の準備

学習・教育目標との対応

1.	(A)材料，流体，熱・エネルギー，振動・制御，設計・加工，応用領域の６分野を柱として専門基礎知識を活用できるとともに，それらを互いに関連づけてデザインの基本概念を理解することで，技術的・社会的要求の実現に向けた具体的なプロセスを発案し，計画を遂行することができる．
2.	(E)機械の運動機構や動特性，構造や強度，物質・運動量・エネルギーの流れなど，機械工学の基盤技術に関わる物理現象を，自然科学の法則に基づいて理解することができる．
3.	(F)機械に関わる諸現象を物理の原理から数学的に導くことができ，機械の設計や性能評価に必要な技術計算ならびに統計処理を正確に適用することができる．

開講部	工学部
開講学科	機械工学科
開講学年	2年次
開講時期	後期
単位数	2
単位区分	選択必修
系列区分	専門
講義区分	講義

A0230100

授業の概要