数値熱流体工学｜シラバス情報

科目授業名称（和文）　Name of the subject/class (in Japanese)

数値熱流体工学

科目授業名称（英文）　Name of the subject/class (in English)

Computational Heat and Fluid Dynamics

授業コード　Class code

994517M

科目番号　Course number

45BAFLD312

教員名

石川　仁

Instructor

Hitoshi Ishikawa

開講年度学期

2023年度前期

Year/Semester

2023 First Semester

曜日時限

水曜2限

Class hours

Wednesday 2nd. Period

開講学科・専攻　Department

工学部　機械工学科

Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering

単位数　Course credit

2.0単位

授業の方法　Teaching method

講義

Lecture

外国語のみの科目（使用言語）　Course in only foreign languages (languages)

-

授業の主な実施形態　Main class format

対面授業 /On-slte class
※状況により変更する可能性がある．その際はLETUS等で連絡する．　

概要　Description

熱や流体の流動の問題をコンピュータによって数値的に解く際の数値計算手法は、近年のコンピュータの発達に伴って急速な進歩を遂げており、さまざまな機械の設計や解析など、機械工学の分野に必要不可欠なものとなっている。この授業では、熱流体の工学的諸問題解決のための数値計算手法について学ぶ。

目的　Objectives

この授業では、熱流体の数値計算手法について基礎から応用までを幅広く説明し、その概念および適用法を修得することを目的とする。

到達目標　Outcomes

この授業では、流体力学に関する最先端のシミュレーション技術に対応できる基礎、およびエンジニアリングセンスを磨くための知識の修得を到達目標とする。シミュレーション技術者として今後直面するであろう熱流体の諸現象について、コンピュータを積極的に利用した問題解決力を習得できるようになる。

卒業認定・学位授与の方針との関係（学部科目のみ）

専門応用力

履修上の注意　Course notes prerequisites

流体力学に関する知識を有していることが望ましい。
途中退出は認めない。
出席に対する不正が認められた場合は、評価の対象外とする。
授業の実施形態について、変更がある場合は都度案内する。

アクティブ・ラーニング科目　Teaching type（Active Learning）

-

準備学習・復習　Preparation and review

次回の授業範囲を2時間程度予習し、専門用語等を理解しておくこと。

成績評価方法　Performance grading policy

レポートで評価する。ただし、全講義回数の２／３以上の出席をもって成績評価の対象とする。

学修成果の評価　Evaluation of academic achievement

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

教科書　Textbooks/Readings

教科書の使用有無（有=Y , 無=N）　Textbook used(Y for yes, N for no)

N

書誌情報　Bibliographic information

-

MyKiTSのURL（教科書販売サイト）　URL for MyKiTS(textbook sales site)

教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/

参考書・その他資料　Reference and other materials

「熱と流れのコンピュータアナリシス」日本機械学会編(コロナ社) など

授業計画　Class plan

1 　　数値計算概論　　
　数値計算の歴史、分類、どのような分野で利用されているかを知る｡

2 　　偏微分方程式の性質(1) 　　
　熱流体現象を支配する偏微分方程式の性質を理解し、簡単な応用ができるようになる(熱伝導方程式）｡

3 　　偏微分方程式の性質(2) 　　
　熱流体現象を支配する偏微分方程式の性質を理解し、簡単な応用ができるようになる(波動方程式、ポアソン方程式）｡

4 　　保存法則　　
　質量、運動量、エネルギーの保存概念を学び、さまざまな条件下でそれらがどのように表現されるかについて理解できるようになる｡

5 　　差分近似　　
　導関数の差分近似方法を学び、実際の偏微分方程式への適用ができるようになる｡

6 　　陽解法　　
　熱伝導方程式を支配方程式として、差分法の流れを理解する。また、安定性解析により陽解法の限界を考察する｡

7 　　陰解法　　
　クランク・ニコルソン法および完全陰解法について知る｡またその安定性解析により応用性の高さを考察する｡

8 　　差分法における留意点　　
　差分法実行時に留意すべき境界条件、初期条件、収束条件などについて説明できるようになる｡

9 　　代表的な熱流体の数値計算　　
　圧縮・非圧縮の場合の圧力項の取り扱いや、MAC法などについて理解できるようになる｡

10　　乱流　　
　実用上最も問題となる乱流について、その定義および支配方程式について理解できるようになる｡

11　　渦粘性乱流モデル　　
　乱流計算の際、一般的に使用されている渦粘性モデルについてモデルの概念および計算方法を理解できるようになる｡

12　　その他の乱流計算方法　　
　その他の乱流計算方法として、応力方程式モデル、LES、直接計、離散渦法など、その概略および将来性について理解できるようになる｡

13　　一般座標系計算　　
　デカルト座標系に適合しない流路に対する計算方法として一般座標系計算の概念を知り、簡単な応用方法ができるようになる｡

14　　格子生成法　　
　計算格子および格子生成法の分類について理解し、代数的格子生成法を例にその応用方法を考察する｡

15　　授業の総括　　

授業担当者の実務経験　Work experience of the instructor of the class

-

教育用ソフトウェア　Educational software

-

備考　Remarks