B0410700

基礎伝熱学

Fundamental Heat Transfer

開講部

工学部

開講学科

機械機能工学科

開講学年

3年次

開講時期

前期

単位数

2

単位区分

選択必修

系列区分

専門

講義区分

講義
教授田中耕太郎この先生のアンケート一覧を参照

授業の概要

「伝熱学」では,温度差や濃度差の結果として生ずる各種の移動現象ならびにそれらの具体的な移動速度の計算方法に関して学びます.伝熱学は,熱エネルギーの有効利用の観点から,また加熱・冷却,温度制御が必要な多くの機器設計の実用的な場面で役立つ内容といえます.本講義では,伝熱に関する様々な機構やその定量的な算出方法について具体的な計算例を含めて工学的基礎学力の習得を目指します.また今後の応用力を養うため,伝熱現象の科学的側面の基礎事項にも注目して学習します.

達成目標

1.伝熱学でよく用いられる物理量,伝熱の三形態の基本概念に関する物理現象を正しく理解する.
2.熱伝導率,比熱,潜熱や温度伝導率など熱物性の定義,代表的な熱物性に関する特徴を理解する.
3.熱伝導に関する基礎方程式,定常・非定常熱伝導および拡大伝熱面の考え方と熱伝導問題の基礎的な数値解法について理解する.
4.流れの状態である層流や乱流,各種物体まわりの対流現象と熱伝達とその関係式を理解する.
5.物体表面からの放射現象や放射に関する法則について理解する.黒体ならびに灰色体の固体面間の放射伝熱について,形態係数を導入して計算できる.
6.伝熱の三形態を基礎として,熱交換器の伝熱性能や,その性能を評価する方法について理解する.その上で,実際の装置や機器の熱交換器を熱的に設計できる能力を身につける.

授業計画


【授業計画】【授業時間外課題(予習および復習を含む)】
1.基礎伝熱学の講義で学ぶこと
 ・日常生活における身の回りの伝熱現象 
 ・伝熱の三形態の基本概念(熱伝導,熱対流,熱放射)
シラバスを確認する
2.伝導伝熱(1)
 ・フーリエの法則
 ・各種物体の熱伝導率と熱伝導方程式
 ・定常一次元熱伝導と各種形状の定常熱伝導
教科書の第2章p11〜p14を予習する.教科書の該当部分の例題・練習問題を復習する.
3.伝導伝熱(2)
 ・熱通過率
 ・非定常一次元熱伝導
 ・多層構造の熱伝導率
教科書の第2章p15〜p18を予習する.教科書の該当部分の例題・練習問題を復習する.
4.フィンと熱交換器
 ・拡大伝熱面とフィン効率
 ・熱交換器の種類と対数平均温度
教科書の第2章p18〜p19を予習する.教科書の該当部分の例題・練習問題を復習する.
5.対流熱伝達(1)
 ・対流熱伝達の基礎方程式
 ・管内の層流・乱流強制対流熱伝達
教科書の第3章p29〜p38,を予習する.教科書の該当部分の例題・練習問題を復習する.
6.対流熱伝達(2)
 ・各種物体まわりの強制対流熱伝達
教科書の第3章p39〜p45を予習する.教科書の該当部分の例題・練習問題を復習する.
7.対流熱伝達(3)
 ・各種物体まわりの自然対流熱伝達
教科書の第3章p46〜p52を予習する.教科書の該当部分の例題・練習問題を復習する.
8.中間試験とその解説
 試験範囲 前半講義の内容全般  
 到達目標の主に1〜4に対応
教科書の対応する部分の復習をテストに備えて行う.試験後は,解説によりテスト結果を復習する.
9.非定常伝導伝熱
 ・非定常熱伝導とその解法
教科書の第2章p20〜p26を予習する.この部分は教科書の内容に対応していないので,復習を講義内容,レポート提出で行う.
10.数値伝導伝熱
 ・数値解析法の基礎(差分法)
 ・定常二次元定常熱伝導
教科書の第2章p20〜p26を予習する.この部分は教科書の内容に対応していないので,復習を講義内容,レポート提出で行う.
11.放射伝熱(1)
 ・熱放射とは
 ・波長とウィーンの変位則
 ・ステファン・ボルツマンの法則
 ・形態係数
教科書の第4章p53〜p63を予習する.教科書の該当部分の例題・練習問題を復習する.
12.相変化を伴う伝熱現象
 ・沸騰伝熱
 ・凝縮伝熱
 ・融解凝固を伴う伝熱
教科書の第5章p65〜p82を概略的に予習する.教科書の該当部分の例題・練習問題を復習する.
13.伝熱問題のモデル化とデザイン  
 ・空冷技術,液体冷却,断熱技術,ヒートパイプなど
 ・具体的な熱設計例について考える
教科書の第8章p109〜p129の概要を予習する.教科書の該当部分の例題・練習問題を復習する.
14.特別講義
 ・他大学や企業で活躍している研究者,技術者から伝熱学に関連した最新知識を学ぶ
第13回講義において特別講義内容の予告を行う.講義内容に関して事前に調査する
15.期末試験とその解説
 試験範囲 本講義内容全般  
 到達目標の主に1〜6に対応する.5,6に重点を置く.
講義内容に関係する教科書の範囲を復習と演習問題をテスト前に解いておく.解説によりテスト内容を復習する.

評価方法と基準

講義内で実施予定のミニテスト(4回),課題レポート(1回),中間試験と期末試験で評価する.ミニテストの結果を10点,課題レポート10点,中間テストを40点,期末テストを40点とし,合計100点において60点以上を合格点とする.

教科書・参考書

教科書:日本機械学会編JSMEテキストシリーズ「演習 伝熱工学」 丸善
参考書:その他,伝熱工学,伝熱学がタイトルの参考書
    日本機械学会編JSMEテキストシリーズ「伝熱工学」 丸善
    データ資料としては日本機械学会編:伝熱工学資料など

履修登録前の準備

基礎伝熱学では熱移動に関して,基礎的な現象から応用まで幅広く説明する.流れの力学1,熱力学1を履修していることが望ましい.

学習・教育到達目標との対応

1.(D)技術・工学の根幹をなす「物質」,「エネルギー」および「情報」を基盤とした機械工学の基礎的な知識と応用能力を習得する (1) 力学,材料力学,熱力学,流れの力学の基礎 (2) 多く (17科目以上) の専門科目の習得
2.(E)機械工学における基盤分野の理解に必要な基礎的な数学の知識と応用能力,実験・分析の遂行に必要な確率・統計,情報処理の基礎的な知識や自然現象を数学的にモデル化し,シミュレーションする基礎的な知識と応用能力を習得する (1) 基礎的な数学の知識 (2) 実験データの分析能力 (3) 情報リテラシの習得 (4) 自然現象をモデル化し,シミュレーションする能力

オフィスアワー、質問・相談の方法

授業終了後ならびに研究室にて対応します.研究室(04-D-32)に在室の時に対応します.

環境との関連

環境関連科目 (環境教育割合10%)

最終更新 : Fri Sep 19 13:09:59 JST 2014