伝熱・流体の力学 / Heat Transfer and Mechanics of Fluid

単位数: 2. 担当教員: 及川 勝成. 開講年度: 2024. 科目ナンバリング: TME-MSE305J. 開講言語: 日本語.

主要授業科目/Essential Subjects

○

授業の目的・概要及び達成方法等

Google Classroomのクラスコードは工学部Webページにて確認すること。
学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)

１．目的
もの作りの基本は材料に熱や力を加えて形や特性を制御することであり，材料内部の温度場や加えられた力と変形・流動の関係を知ることが重要である．本講では，工学全般に現れる伝熱現象およびその数学的取り扱いについて学ぶ．また，流体の運動について，工学的に有用な数学モデルを紹介し，対流問題などに対する応用について学ぶ．
２．概要
工学問題に現れる伝熱現象をマクロな立場からモデル化する手法ならびに基礎方程式の導出方法を学び，伝熱現象を定性的ならびに定量的に評価するための厳密解ならびに近似解法について，具体的な工学問題を例に解説する．また，対流熱伝達との関連を中心に，流体力学の基礎についても講義する．
３．達成目標等　　（この授業を通して以下の能力を修得することを目標とする）
・ 本学科の学習・教育目標のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｋに関する能力を含めて修得する．
・ 伝熱現象ならびにマクロな立場からの伝熱現象のモデル化手法を理解する．
・ 流体力学の基礎について理解する．
・ 伝熱・流れの問題に対する厳密解および近似解法について理解し応用できる能力を養う．

授業の目的・概要及び達成方法等(Ｅ）

The class code for Google Classroom can be found on the Web site of
the School of Engineering:
https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)

1. Objective
The basis of manufacturing is to control the shape and characteristics by applying heat and force to the row material, and it is important to know the temperature field inside the material and the relationship between the applied force and deformation / flow.
In this course, we focus on heat transfer phenomena appearing in engineering and their mathematical process. In addition, we introduce some mathematical models of fluid motion such as convection problems.

2. Outiline
Learn how to model heat transfer phenomena appearing in engineering problems from a macroscopic aspects and how to derive basic equations. Exact solutions and approximate solutions for qualitatively and quantitatively evaluating heat transfer phenomena in engineering are expound. In addition, learn the basics of fluid mechanics, focusing on convective heat transfer.

3. Outcomes
Understand heat transfer phenomena and modeling methods of heat transfer phenomena from a macroscopic aspect.
Understand the basics of fluid mechanics.
Develop the ability to understand and apply exact and approximate solutions to heat transfer and flow problems.
This course includes the our program outcomes of A, B, C, K

他の授業科目との関連及び履修上の注意

関連科目として，「工業数学I」,「工業数学II」を受講することが望ましい．

他の授業科目との関連及び履修上の注意(Ｅ）

Advanced Engineering Mathematics I and II

授業計画

第１回　　 序論
第２回　　 熱伝導
第３回　　 熱伝導方程式
第４回　　 定常熱伝導問題
第５回　　 無次元化と無次元数
第６回　　 熱伝達と境界条件
第７回　　 非定常熱伝導問題
第８回　　 近似解法
第９回　　 対流熱伝達と境界層方程式
第１０回　　 流体力学の基礎式（N-S式）
第１１回　　 N-S式の厳密解
第１２回　 　理想流体の流れ
第１３回 　　自然対流による熱伝達
第１４回　　 熱ふく射
第１５回 　　まとめ

授業計画(Ｅ）

Introduction
Heat transfer
Heat equation
Steady-state heat conduction problem　
Dimensionless and dimensionless numbers
Heat transfer and boundary conditions
Nonsteady-state heat conduction problem　
Approximate solution.
Convective heat transfer and boundary layer equations
Governing equations of fluid mechanics（Navier Stokes equation）
Exact solution of the Navier Stokes equation
Ideal fluid flow
Heat transfer by natural convection
Heat radiation
Summary

授業時間外学習

予習，復習を含めた自習を行うこと

授業時間外学習（Ｅ）

Students required to make self-directed learning including review and preparations.

成績評価方法及び基準

宿題，定期試験の結果により総合的に評価する．

成績評価方法及び基準(Ｅ）

Evaluation is performed comprehensively based on their submitted assignments and the final examinations.

教科書および参考書

• Heat Transfer, J. P. Holman, MacGrawHill ISBN/ISSN: 0071226214
• 例題でわかる伝熱工学, 平田ら, 森北出版 ISBN/ISSN: 4627672713
• 流体力学, 日野幹雄, 朝倉書店 ISBN/ISSN: 4254200668
• 流体力学(I), 西山哲男, 日刊工業新聞社 ISBN/ISSN: 4526005150
• 伝熱工学, 庄司正弘, 東京大学出版会 ISBN/ISSN: 4130628267
• 伝熱工学, 一色尚次, 森北出版社 ISBN/ISSN: 9784627610736

オフィスアワー

随時（事前に教員に連絡を取ること）

オフィスアワー（Ｅ）

Any time (Contact the lecture in advance)

備考

記号A-Mについては、マテリアル・開発系の教育目標を参照してください。
https://www.material.tohoku.ac.jp/department/purpose.html