流れの力学

[授業の概要と目的]
流れの観察で得られる情報を解説することにより、流れの性質を視覚的に捉えることから出発し、流れの力学的な性質を理解させる。流れを観察しそれを数学的にどのように記述し、解析するのかを中心に取扱い、感覚的に理解しにくい流れの中での力の釣り合いをできるだけ平易に講義を行う。また、流れを取り扱う際の基礎となる流体力学の入門部分を講義すると共に、実際の流れを対象にして、運動量の釣り合い式、エネルギーの保存則を用いた解析の入門部分を合わせて講義する。この講義の内容を簡単な実験によって確かめることを演習として課す。
[到達目標]
流れを視覚的捉える方法、流れを数学的に表現する流線の方程式、流体系での加速度の意味などの基礎的事項を理解させるとともに、流れの基本原理の運動方程式、エネルギー保存則、複素速度ポテンシャルなどを理解させる。

達成目標

1.	水の流れに関連する自然現象を視覚的に理解できる。（授業計画の1に対応）
2.	視覚的な水の流れを数学的手法で表現するための基礎原理を理解する。（授業計画の2〜5に対応）
3.	流れの中での力学的な釣り合いから運動の方程式を導くことができる。（授業計画の6〜7に対応）
4.	エネルギー原理を実現象の流れを応用することができる。またエネルギー原理を実験で確かめることができる。（授業計画の8〜11に対応）
5.	運動量の釣り合い、ポテンシャル流れの取り扱いを理解する。（授業計画の12〜14に対応）

授業計画

1.	水域と流れの社会的役割　（自然現象の中での水域の役割、気象緩和、アメニティなど水の果たす役割、流れの　　性質）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　課題1　工学分野での
2.	流れの可視化　（流れを見る方法、円柱後方のKarman渦列、洪水時の表面の筋と縦渦）
3.	流れを視覚的に捉える　（流線、流跡線、流脈線の定義と可視化実験）　　　　　　　　　　　　　　　課題1　可視化について各人が実験を行い提出する
4.	流線の方程式　（ベクトルの内積、外積、ナブラの演算子、流線の方程式）
5.	流線の方程式の応用　（速度成分と流線の形、流れ関数と速度成分）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Shaort Test1実施
6.	Eularの運動方程式（１）　（質点系と流体系での加速度の記述、Tayllor展開と加速度）
7.	Eularの運動方程式（２）　（外力、圧力、質量力、運動量の釣り合い式） Shaort Test2実施
8.	運動方程式とエネルギー方程式　（完全流体の流れと実在流体の流れ、運動方程式とエネルギー方程式）
9.	エネルギー保存則　（Bernoulliの定理、圧力水頭、速度水頭、位置水頭）
10.	Bernoulliの定理の応用　（絶対圧とゲージ圧、管路内の圧力、流量、負圧とサイフォン）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Shaort Test3実施
11.	Bernoulliの定理を確かめる演習　　　　　　　課題2　バケツ側面からの流出速度と水脈の水平到達距離からBernoulli　　　　　　　　　　　の定理の成立を確認する
12.	運動量の釣り合い　（運動量、水脈の壁に及ぼす圧力、傾斜した壁面に作用する水脈の圧力）
13.	ポテンシャル流れ　（速度ポテンシャル、複素速度ポテンシャル、角を曲がる流れ）
14.	流体の変形と回転運動　（粘性応力、渦度、ランキン渦）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Shaort Test4実施
15.	期末試験　教科書、プリント参照不可、電卓使用可

評価方法と基準

達成目標1はレポートの提出を行う。達成目標2は課題1とShaort Test1で、達成目標3はShaort Test2で、達成目標4はShaort Test3と課題2で、達成目標5はShaort Test4で評価する。
　科目の評価は授業時間中のShaort Test４回と課題提出２回と期末試験の合計で評価する。
（Shaort Test４回と課題提出２回をそれぞれ20点ｘ6＝120点、期末試験を60点として総得点180点の60％以上を合格とする）

教科書・参考書

履修前の準備

学習・教育目標との対応

見えない流れの現象を理解すると共に、それを方程式で表現し、河川構造物の設計に応用できる能力の育成を目標とした水工学への導入教育である。この科目は水理学、水工学へと連続する科目であるので、十分に理解させるよう厳しく対応する。
方程式の意味、解析はパーツごとに分かれておらず、積み重ねが重要であるので、課題提出は必ず自分で解くことが必要である。

開講部	工学部
開講学科	土木工学科
開講学年	2年次
開講時期	前期
単位数	2
単位区分	選択
系列区分	専門
講義区分	講義

H0201700

授業の概要