粘性流体力学

Viscous Fluid Dynamics

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45BAFLD311

山本　誠

Makoto Yamamoto

2023年度前期

2022 First Semester

木曜3限

Thursday 3rd Period

工学部　機械工学科

Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering

2.0単位

講義

Lecture

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ブレンド型授業/Blended format
　
基本は対面授業を行いますが、出席できない場合は、LETUSにアップロードした講義資料をオンライン（非同期）で独習してください。

流体力学で学んだ水力学、完全流体力学の知識に基づいて、流体の運動における粘性効果について説明する。具体的には、粘性、境界層理論、ナビエ・ストークス方程式、乱流、流れ制御などに関して現象論を中心に講義する。
Based on the knowledge in hydraulics and perfect fluid mechanics learned in Fundamental Fluid Dybamics, various effects of viscosity on fluid motions are phenomenologically explained. To be concrete, this lecture focuses on viscosity, boundary layer theory, Navier-Stokes equation, turbulent flow, flow control and so on.

粘性、境界層理論、ナビエ・ストークス方程式、乱流、流れ制御について深く理解し、明確に説明できるようになる。
The objective of this lecture is to deeply understand viscosity, boundary layer theory, Navier-Stokes equation, turbulent flow, flow control and the related topics. Students have to get the ability to explain them clearly.

粘性、境界層理論、ナビエ・ストークス方程式、乱流、流れ制御について説明できる。ナビエ・ストークス方程式を用いて、基本的な粘性流体に関する現象を考察し、より良い流体機械の設計に向けた提案をすることができる。
Students have to get the ability to explain viscosity, boundary layer theory, Navier-Stokes equation, turbulent flow, flow control and the related topics. In addition, students can provide any design proposal to improve fluid machinery, using Navier-Stokes equation and considering the fundamental physics in viscous flid.

専門応用力

基礎流体力学の単位を取得しておくこと。
It is better for students to get the credit of Fundamental Fluid Dynamics a priori.

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毎回の講義後、参考書やインターネットを利用して、講義内容に対する理解を深めておくこと。毎期の講義に対して、予習に1時間、復習に1時間以上はあてること。
After each lecture, students must deepen his/her understanding the contents given in the lecture, using the text book and/or Internet. It is desirable for students to prepare and review each lecture for more than 2 hours.

中間課題20％および総まとめ時の確認テスト80％により評価する。
Evaluated by an internal report/test (20%) and an end-of-term test (80%)

※新型コロナウィルスの状況によっては、レポート（複数回）を総合的に判断して採点します。

・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

Y

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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/​​​

「粘性流体の力学」、生井、井上共著、理工学社
「流体力学」、日野幹雄著、朝倉書店
Viscous Fluid Dynamics, Edited by M.Ikui and M.Inoue, Rikougakusha
Fluid Dynamics, edited by M.Hino, Asakura-shoten

1 　ガイダンス、流体の性質
　完全流体と実在流体の違い、粘性、圧縮性の物理的解説を行なう。それらの物理的特性を説明できるようになる。
1 Guidance and Properties of fluid
After giving a guidance, properties of fluid such as difference between perfect fluid and real fluid, viscosity and compressibility are explained. Students will be able to explain the physical aspects.

2 　レイノルズの相似則
　レイノルズの相似則を導き、その物理的意味と応用について説明できるようになる。
2 Reynolds Similarity
Reynolds' law of similarity
Reynolds' law of similarity is derived based on phenomenology. Students will be able to explain the physical meaning of the law, and to apply it to practical problems in engineering.

3 　境界層の概念と剥離現象（１）
　物体まわりに発生する境界層について解説し、その剥離の重要性について講義する。これらの現象が説明できるようになる。
3 Concept of boundary layer and its separation (1)
Boundary layer that appears around a body and the importance of boundary layer separation are explained. Students will be able to explain these phenomena.

4 　境界層の概念と剥離現象（２）
　物体まわりに発生する境界層について解説し、その剥離の重要性について講義する。これらの現象が説明できるようになる。
4 Concept of boundary layer and its separation (2)
Boundary layer that appears around a body and the importance of boundary layer separation are explained. Students will be able to explain these phenomena.

5 　連続の式
　連続の式を導き、その物理的意味を解説する。連続の式の意味を説明できるようになる。
5 Continuity equation
Continuity equation is mathematically derived, and the physical meaning is explained. Students will be able to explain the meaning of continuity equation.

6 　ナビエ・ストークス方程式（１）
　ナビエ・ストークス方程式を数学的に導き、その物理的意味を説明する。NS方程式の導出が説明できるようになる。
6 Navier-Stokes equation (1)
Navier-Stokes equation is derived mathematically, and the physical meaning is explained. Students will be able to explain the derivation.

7 　ナビエ・ストークス方程式（２）
　ナビエ・ストークス方程式を利用して、レイノルズの相似則、渦度輸送方程式を導き、その性質について解説する。NS方程式の利用方法が説明できるようになる。
7 Navier-Stokes equation (2)
Using Navier-Stokes equation, Reynold' law of similarity and vorticity transport equation are derived, and the physical meanings are explained. Students will be able to explain how to use Navier-Stokes equation.

8 　ストークス近似
　ナビエ・ストークス方程式のストークス近似について説明する。また、その応用について解説する。ストークス近似とストークス流れについて説明できるようになる。
8 Stokes' approximation
Applying Stokes' approximation to Navier-Stokes equation, Stokes equation is derived. In addition, the practical application of Stokes' equation is explained. Students will be able to explain Stokes' approximation and Stokes' flow.

9 　層流境界層と遷移
　境界層近似の概念とナビエ・ストークス方程式への適用を示す。境界層方程式が導かれる。層流境界層の物理的性質と乱流への遷移について説明する。境界層方程式について説明できるようになる。
9 Laminar boundary layer and transition
Concept of boundary layer approximation and its application to Navier-Stokes equation are explained. As a result, boundary layer equation is derived. In addition, Characteristics of laminar boundary layer and its transition to turbulent flow is explained. Students will be able to explain the boundary layer equation.

10　乱流境界層（１）
　乱流の定義、およびレイノルズ平均ナビエ・ストークス方程式の導出とその境界層近似について説明する。乱流がどのような流れなのかを説明できるようになる。
10 Turbulent boundary layer (1)
The definition of turbulent flow, the derivation of Reynold-averaged Navier-Stokes equation and its boundary layer approximation are explained. Students will be able to explain what turbulent flow is.

11　乱流境界層（２）
　レイノルズ応力を評価するためのプラントルの混合長理論について説明する。レイノルズ応力の評価方法を説明できるようになる。
11 Turbulent boundary layer (2)
To estimate Reynolds stress that appears in Reynold-averaged Navier-Stokes equation, Prandtl's mixing length hypothesis is explained. Students will be able to explain the estimation method for Reynolds stress.

12　乱流境界層（３）
　指数法則、対数法則など乱流境界層の平均的特性について解説する。乱流の平均特性が説明できるようになる。
12 Turbulent boundary layer (3)
Mean characteristics of turbulent boundary layer such as power law and logarithmic law are explained. Students will be able to explain the mean characteristics of turbulent boundary layer.

13　乱流境界層（４）
　乱流境界層の中で生じている現象を示し、乱流境界層内の乱れの構造について解説する。乱流境界層内の現象を説明できるようになる。
13 Turbulent boundary layer (4)
Phenomena occurring in turbulent boundary layer are introduced, and the flow structures in turbulent boundary layer is explained. Students will be able to explain the phenomena in turbulent boundary layer.

14　流れ制御
　さまざまな流れ制御方法を解説し、それらの応用例について説明する。境界層をどのようにコントロールすればエネルギー損失を減らすことができるのかについて説明できるようになる。
14 Flow control
Various flow control methods and their application in engineering are explained. Students will be able to explain how to control boundary layers and how to suppress energy loss.

15　到達度評価及びまとめ
　到達度評価を実施し、14回までの講義を振り返り、総まとめを行う。
15 Achievement test and summary
Achievement test is performed. Reviewing all lessons, this lecture is summarized.

Aerodynamic design of jet engines for 3 years in a heavy-industry company

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