Syllabus data
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Teacher name ： SATO Kotaro
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開講年度
2025Year
開講学期
Second Semester
科目名
Fluid Mechanics and Exercise
授業種別
Lecture and Practice
科目名（英語）
Fluid Mechanics and Exercise
授業情報(授業コード・クラス・授業形態)
A1800092 Fluid Mechanics and Exercise
担当教員
SATO Kotaro
単位数
3.0Credits
曜日時限
後期(3Q)(Mon.2Period,Mon.3Period),後期(4Q)(Mon.2Period,Mon.3Period)
キャンパス
Hachioji Campus
教室
1N-029講義室
学位授与の方針
1 基礎知識の修得 0 ％
2 専門分野の知識・専門技術の修得 100 ％ 3 汎用的問題解決力の修得 0 ％ 4 道徳的態度と社会性の修得 0 ％ 具体的な到達目標
機械技術者として必要な流体力学の基礎的知識を身につける．流体の定義を明確にして，静力学での圧力の計算ができること，運動方程式から質点の力学と流体の力学との同異を知ること，連続の方程式を用いて流速の計算ができること，ベルヌーイの定理により，単純な流れ場の計算できること，運動量方程式から物体にかかる力の計算ができること．初歩的な非粘性流れの計算ができること，粘性流体の支配方程式を知り，レイノルズ数の物理的な意味を理解すること，クエット流れ・ハーゲン−ポアズユ流れなど代表的な粘性流体の速度分布などが計算できること，層流と乱流の区別がつくこと，境界層厚さという考え方を理解すること．
受講にあたっての前提条件
数学，物理，力学系の科目を既習あるいは並行履修していること．特に数学で勉強するテイラー展開について理解しておくこと．
授業の方法とねらい
【同時双方向型遠隔授業と対面授業の併用】
航空機，船舶から気象予測や野球ボールの運動まで流体力学が取り扱う分野は多岐多様である．また，一見，流体とは全く無関係に見える工業製品であってもその生産工程では流体力学の恩恵を受けている場合も多い．ここでは機械工学の立場から重要であると思われる内容を中心に，できる限り具体例を紹介しながら授業を展開する．また物理，工業力学等で学習した質点の力学と流体の力学との関係，考え方の同異について考察するよう履修期間中常に求めていく．以下に具体的な授業のねらいを示す．(1) オイラー的方法とラグランジュ的方法の記述方法の違いがわかること．(2) オイラーの運動方程式の物理的意味を理解すること．(3)保存則の意味を理解し，使用できること．(4)機械工学で重要とされる基本的な流体諸現象についての概略を理解し，詳細については専門書を参考にしながら考察できること．(5) ナビエーストークスの運動方程式の考え方を知ること．なお，本授業の形態は時間割上は対面授業であるが，一部変更される場合がある．なお，遠隔か対面など授業の進め方は授業展開などにより大幅に変更される可能性があるため，教員の指示（主に授業内またはKU-LMS上で掲示）に従うこと． AL・ICT活用
Not used
第1回
授業形態
対面
事前学習
流れに関する書籍を1冊以上読むこと．
5時間
授業内容
［ガイダンス］ 流体とは何か？流体力学は何の役に立つのかあるいは現在の問題点は何かをジェットエンジン，ファンの原理や空力騒音，鳥の飛行原理，流体関連振動による事故を例に取りながら説明する．
事後学習・事前学習
教科書1〜23ページを自習して，要点をノートにまとめること．
5時間
第2回
授業形態
別欄もしくは授業内で通知
授業内容
［静力学］ 流体の静力学について学ぶ．特に圧力，表面張力に対する理解を深める．【演習】具体的な圧力，表面張力の計算，【演習または宿題】圧力計算
事後学習・事前学習
教科書24〜31ページを自習して，要点をノートにまとめること．可能な範囲で演習問題2.1〜2.5を解き，解答をノートに記述すること．
5時間
第3回
授業形態
別欄もしくは授業内で通知
授業内容
［流れの記述方法］ 質点系との対比からオイラー的方法とラグランジュ的方法について学ぶ．［運動方程式］テイラー展開と実質微分・実質加速度の考え方，オイラーの運動方程式について学ぶ．【演習】1次元オイラーの運動方程式，【演習または宿題】テイラー展開
事後学習・事前学習
教科書24〜44ページを自習して，要点をノートにまとめること．可能な範囲で演習問題3.1〜3.5を解き，解答をノートに記述すること．
5時間
第4回
授業形態
別欄もしくは授業内で通知
授業内容
［質量保存則］ 連続の方程式の考え方と適用方法について学ぶ．【演習】連続の式の適用，【演習または宿題】非圧縮流れの連続の方程式
事後学習・事前学習
教科書45〜53ページを自習して，要点をノートにまとめること．可能な範囲で演習問題4.1〜4.6を解き，解答をノートに記述すること．
5時間
第5回
授業形態
別欄もしくは授業内で通知
授業内容
［エネルギー保存則］ ベルヌーイの定理の導出について解説する．流れの計測法並びにベルヌーイの定理（圧力方程式を含む）の成立条件について学ぶ．【演習】トリチェリの定理を用いた計算，連続の式とベルヌーイの式に関する応用問題，【演習または宿題】ピトー管の原理
事後学習・事前学習
教科書54〜63ページを自習して，要点をノートにまとめること．可能な範囲で演習問題5.1〜5.5を解き，解答をノートに記述すること．
5時間
第6回
授業形態
別欄もしくは授業内で通知
授業内容
［運動量保存則］ 運動量方程式の一般的な導き方，考え方について解説する．また，運動量方程式の応用例から力の計算方法について学ぶ．【演習】噴流衝突により平板にかかる力の計算，【演習または宿題】移動平板にかかる力の計算．さらに運動量方程式の応用例を紹介する．
事後学習・事前学習
教科書1〜63ページを復習すること．この範囲内の例題をすべて理解できることを目指して，再度，解いてみること．解答をノートに記述すること．
5時間
第7回
授業形態
別欄もしくは授業内で通知
授業内容
［粘性流体の基礎方程式］ ナビエーストークスの方程式，レイノルズ数およびレイノルズの相似則について学ぶ．【演習】粘性に関する問題，【演習または宿題】無次元数について
事後学習・事前学習
教科書64〜76ページを自習して，要点をノートにまとめること．例題を自分で解き，解答をノートに記述すること．
5時間
第8回
授業形態
別欄もしくは授業内で通知
授業内容
［ナビエーストークス方程式の厳密解］ 代表的な粘性流れの例について学ぶ．【演習】クエット流れとハーゲン−ポアズユ流れ，【演習または宿題】速度勾配とせん断応力
事後学習・事前学習
教科書76〜93ページを自習して，要点をノートにまとめること．可能な範囲で演習問題7.1〜7.4を解き，解答をノートに記述すること．
5時間
第9回
授業形態
別欄もしくは授業内で通知
授業内容
［境界層方程式］ 境界層の概念と境界層方程式について学ぶ．【演習】境界層厚さ，境界層排除厚さ，【演習または宿題】運動量方程式による抗力計算と境界層運動量厚さ
事後学習・事前学習
教科書94〜108ページを自習して，要点をノートにまとめること．可能な範囲で演習問題7.5〜7.9を解き，解答をノートに記述すること．
5時間
第10回
授業形態
別欄もしくは授業内で通知
授業内容
［物体周りの流れと流体力］ 円柱，翼周りの流れについて学ぶ．このとき物体にかかる流体力の計算方法について解説する．また，カルマン渦とストローハル数，についても触れる．【演習】抗力係数と揚力係数の求め方，【演習または宿題】速度欠損と抗力について．
事後学習・事前学習
教科書109〜129ページを自習して，要点をノートにまとめること．可能な範囲で演習問題8.1〜8.5を解き，解答をノートに記述すること．
5時間
第11回
授業形態
別欄もしくは授業内で通知
授業内容
［ポテンシャル流れ］ 流関数と速度ポテンシャルの定義について学ぶ．複素関数で表わされる基本的流れ（一様流，角を回る流れ）について学ぶ．【演習】一様流，渦糸，湧出し，【演習または宿題】角を回る流れ，二重湧出し
事後学習・事前学習
ポテンシャル流れについて，要点をノートにまとめること．1年次で履修した工科系数学基礎の内容を復習すること．
次回授業の予習として工業数学Bのベクトル解析部分を復習すること． 5時間
第12回
授業形態
別欄もしくは授業内で通知
授業内容
［循環と渦度］ 循環の定義，渦度の定義，渦度方程式について学ぶ．【演習】循環量の計算，【演習または宿題】渦度の計算
事後学習・事前学習
前回授業で取り扱った循環・渦度とベクトル解析で学んだ内容について考察すること．
5時間
第13回
授業形態
別欄もしくは授業内で通知
授業内容
［乱流］ 乱流とは何かを考え，乱流の観察例を紹介する．［流体力学の応用例］最新の流体機械などでの応用例を紹介する．【演習】総合演習，【演習または宿題】総合問題
第13回あるいは第14回で授業内試験を実施する場合がある． 事後学習・事前学習
教科書64〜93ページを再度自習すること．可能な範囲で演習問題9.1〜9.6を解き，解答をノートに記述すること．
5時間
第14回
授業形態
別欄もしくは授業内で通知
授業内容
[流体工学の研究紹介] 流体工学に関する最近の研究を紹介する．
第13回あるいは第14回で授業内試験を実施する場合がある． 事後学習・事前学習
興味を持てそうな流体力学関連の論文を選んで，自分一人で読んでみる．
5時間
第15回
授業形態
遠隔（オンデマンド）
授業内容
[授業の振り返り] 授業全般の振り返りを行う．
事後学習
授業中に取り扱った全内容について復習し，ノートにまとめること．定期試験でノート持ち込み可にした場合にはノート提出を求める場合がある．
1時間
成績評価の方法
原則として試験（含むONLINE試験）で成績をS，A，B，C，D，Fに評価し，Grade D 以上の者に単位を認める．ただし，出席率，授業内での解答，演習問題・レポートなどから普段の学習における理解度が一定水準に達してしると認められる者に対しては，例えば定期試験点70％，演習点30％（試験の難易度により調整）として再評価する場合がある．ただし，課題，レポートは原則として期限内に教室内またはKU-LMS上に提出されたもの（メールなどでの提出は認めない）を採点対象とする．また，授業内での解答を得点として加味することもある．社会状況などにより試験を実施できない場合には，出席，課題，レポートで評価する．正当な理由がある場合には追加レポート提出などを認め，その内容により再試験を実施する場合がある．なお，本科目で授業出席確認は対面授業ではカードリーダー，遠隔授業ではzoomやKU-LMSの出席確認機能で行なう．
受講生へのフィードバック方法
KU-LMSまたは授業内（授業前後を含む）で行う
教科書
「図解によるわかりやすい流体力学」中林功一・山口健二著（森北出版）
参考書
「流体力学」日野幹雄著（朝倉書店）
「Fluid Flow」R.H. Sabersky A.J. Acosta E.G. Hauptmann and E.M. Gates（Prentice Hall） 「流体の力学」中山泰喜著（養賢堂） オフィスアワー
月曜日：13:30〜14:30（八王子校舎11号館365室）
遠隔授業の場合はKU-LMSの質問機能を活用すること． 受講生へのメッセージ
１年次に学習した数学，物理，工業力学の復習を期待する．流体力学の理解が困難な場合には，もう一度，質点の力学の勉強に立ち返ること．
メールやKU-LMS質問機能での試験結果・成績に関する問い合わせには応えられませんので，日程調整の上，直接来室してください． 実務家担当科目
Not applicable
実務経験の内容
教職課程認定該当学科
Department of Mechanical Systems Engineering
その他の資格・認定プログラムとの関連
関連する科目でない
教育課程コード
Ⅲ2b
教育課程コードの見方【例】 Ⅰ2a（Ⅰ…Ⅰ群、2…2年配当、a…必修） ※ a : 必修 b : 選択必修 c : 選択 ※複数コードが表示されている場合には入学年度・所属学科の学生便覧を参照のこと
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