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風はエクマン流を引き起こすことで海水を混合する。風波は流れと相互作用して二次循環（ラングミュア循環）を引き起こすことで混合を促進する。海面での冷却も対流混合を引き起こす。一方、海面加熱は混合を抑制する。また、地球自転も混合を抑制する。これらの過程・要因が複合的に関係し、混合層の深度や海面水温が定まる。本講義では、これらの流れや波、そして混合の実態について紹介し、それらの基礎的な力学について理解することを目標とする。海洋と大気の混合層の類似点・相違点を学ぶことで、地球流体力学の素養を身につけることも目標とする。
Wind induces Ekman currents, and the currents drive turbulent mixing. Wind waves interact with the currents to generate secondary circulations (Langmuir circulations) that intensify the mixing. Sea surface cooling also induces convective mixing to deepen the mixed layer. The mixing is, on the other hand, inhibited by the sea surface warming and the Earth rotation. These processes/factors collaborate or compete with each other to determine bulk properties of the mixed layer such as mixed layer depth and sea surface temperature. In this lecture, basic features of these mixing processes as well as the relevant fluid dynamics are studied. Similarities and dissimilarities between ocean and atmosphere boundary layers are also learned to deepen understandings of geophysical fluid dynamics.
風はエクマン流を引き起こすことで海水を混合する。風波は流れと相互作用して二次循環（ラングミュア循環）を引き起こすことで混合を促進する。海面での冷却も対流混合を引き起こす。一方、海面加熱は混合を抑制する。また、地球自転も混合を抑制する。これらの過程・要因が複合的に関係し、混合層の深度や海面水温が定まる。本講義では、これらの流れや波、そして混合の実態について紹介し、それらの基礎的な力学について理解することを目標とする。海洋と大気の混合層の類似点・相違点を学ぶことで、地球流体力学の素養を身につけることも目標とする。
Wind induces Ekman currents, and the currents drive turbulent mixing. Wind waves interact with the currents to generate secondary circulations (Langmuir circulations) that intensify the mixing. Sea surface cooling also induces convective mixing to deepen the mixed layer. The mixing is, on the other hand, inhibited by the sea surface warming and the Earth rotation. These processes/factors collaborate or compete with each other to determine bulk properties of the mixed layer such as mixed layer depth and sea surface temperature. In this lecture, basic features of these mixing processes as well as the relevant fluid dynamics are studied. Similarities and dissimilarities between ocean and atmosphere boundary layers are also learned to deepen understandings of geophysical fluid dynamics.
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)
本講義ではGoogle Classroomを使用して講義情報を発信します（クラスコード： nwihw6n）。
１．目的
先進核分裂炉、核融合炉、粒子加速器などの量子エネルギーシステムにおける熱設計の基礎となる伝熱学・流体力学およびそれらの応用としての数値解析手法を学ぶことを目的とする。
２．概要
伝熱学については、伝熱の基本形態である伝導・対流について、物理現象の定式化と解法を交えて学ぶ。流体力学については、理想流体の複素解析、粘性流体の運動・境界層について学ぶ。また、両者に共通する次元解析および現象を支配する無次元数について学ぶ。また、テンソル解析の基礎を理解し、粘性による応力とひずみ速度の関係を学び、ナビアストークスの式を導出する。
３．到達目標
伝熱学の基礎を理解すること、および支配方程式の導出過程・取扱いを習熟すること
流体力学の基礎方程式の数理的な取扱いを習熟し、粘性流体の流動現象の特徴とその数学的な記述を理解すること
次元解析による無次元相関式の導出法を理解すること
テンソル解析の基礎を理解し、ナビアストークスの方程式の各項の意味を理解すること
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)
In this class, lecture information will be sent via Google Classroom (class code: nwihw6n).
1. Objectives
The purpose of this class is to provide students with an understanding of heat transfer science and fluid dynamics, which are the basis of the design of thermal engineering system such as advanced nuclear fission reactors, nuclear fusion reactors and particle accelerators, and of numerical analysis method as their applications.
2. Outline
In this class, students will learn how to formulate and solve the physical phenomena of heat conduction, convection, which are the basic mechanism of heat transfer, as regards heat transfer science. Regarding fluid mechanics, students will learn complex analysis of ideal fluid and motion of viscous fluid including boundary layer, as well as dimensionless numbers that govern the phenomena. In addition, students will understand the basics of tensor analysis, learn the relationship between viscous stress and strain rate, and derive the Navier-Stokes equation.
3. Goal
To understand the fundamentals of heat transfer and to acquire the academic skills to derive and handle the governing equations.
To understand mathematical aspects of basic equations in fluid mechanics, and characteristic features and mathematical expressions of viscous fluid motions.
To understand the way to derive relationships among dimensionless numbers through the dimension analysis
To understand the basics of tensor analysis and understand the meaning of each term in the Navier-Stokes equation.
流体力学における基礎方程式である非圧縮性ナヴィエ・ストークス方程式を粘着境界条件下で考察する。流体の粘性が非常に小さい場合における固体壁近傍での解の漸近挙動を調べることは、理論的にも応用上も重要である。この授業では、その基礎となるプラントル境界層展開に対する数学理論の概要を学ぶことを目的とする。
The incompressible Navier-Stokes equations, which is a fundamental nonlinear PDE system in fluid dynamics, are considered under the noslip boundary conditions. Investigating the asymptotic behavior of the solution around the solid wall in the vanishing viscosity limit is important both theoretically and in application. The purpose of this course is to learn the mathematical theory of Prandtl's boundary layer expansion.
大気の運動、大気中で起こる様々な現象を理解するために、気象学の基礎をなす概念や過程について講義を行う。地表面と大気の関わり、水の果たす役割についてやや詳しく解説する。
In this course, the lecturer explains basic concepts and processes of meteorology to understand atmospheric motions and phenomena. In particular, interaction between land surfaces and the atmosphere, and role of water are explained in detail.
液体と気体は容易に形を変えるという性質を持ち、"流れる"という共通の運動の形態を示す。液体と気体を一括して流体と呼び、その運動を調べる学問が流体力学である。この授業は流体力学を初めて学ぶ人が対象である。基礎的な事柄を学び、流体力学の基本的な概念や用語を身に着けることが目的となる。
"Fluid Dynamics" is the study for the motion of the fluid, as liquids and gases. The purpose of this course is to learn the fundamentals of fluid dynamics.
Google Classroomのクラスコードは工学研究科Webページ
https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-g.html
（大学院シラバス・時間割・履修登録）にて確認すること。
現代の流体工学には力学系の理論、微分幾何学、リー群論、統計力学、高精度数値解法などの数理情報科学的なアイディアが活用されている。流体工学の基礎分野における最先端の研究知識を紹介し、流体工学を例として非線形科学の諸問題に立ち向かうための研究手法とその発想法を講義する。テーマとして (1) 流れの数理的安定性理論、(2) 統計的流体工学、(3) 高精度数値流体工学を取り上げる。
Google Classroom に講義情報や資料を置く。Google Classroom のクラスコードは「sd4pgm5」。
The class code for Google Classroom can be found on the Web site of the School of Engineering:
https://www.eng.tohoku.ac.jp/english/academics/master.html (under "Timetable & Course Description")
In modern fluid dynamics various ideas of applied mathematics including dynamical systems, differential geometry, Lie groups, statistical mechanics and high-precision numerical method are utilized. The lecture consists of three subjects: - Mathematical Aspects of Hydrodynamic Stability - Statistical Fluid Dynamics - Computational Fluid Dynamics. Those who attend the lecture will obtain advanced knowledges of the fundamental fluid dynamics and other nonlinear sciences.
Please go to Google Classroom to collect information and materials.
The class code of Google Classroom is sd4pgm5
現代の流体工学には力学系の理論、微分幾何学、リー群論、統計力学、高精度数値解法などの数理情報科学的なアイディアが活用されている。流体工学の基礎分野における最先端の研究知識を紹介し、流体工学を例として非線形科学の諸問題に立ち向かうための研究手法とその発想法を講義する。テーマとして (1) 流れの数理的安定性理論、(2) 統計的流体工学、(3) 高精度数値流体工学を取り上げる。
Google Classroom に講義情報や資料を置く。Google Classroom のクラスコードは「ah54uro」
流体力学における基礎方程式である非圧縮性ナヴィエ・ストークス方程式を粘着境界条件下で考察する。流体の粘性が非常に小さい場合における固体壁近傍での解の漸近挙動を調べることは、理論的にも応用上も重要である。この授業では、その基礎となるプラントル境界層展開に対する数学理論の概要を学ぶことを目的とする。
The incompressible Navier-Stokes equations, which is a fundamental nonlinear PDE system in fluid dynamics, are considered under the noslip boundary conditions. Investigating the asymptotic behavior of the solution around the solid wall in the vanishing viscosity limit is important both theoretically and in application. The purpose of this course is to learn the mathematical theory of Prandtl's boundary layer expansion.
流体力学における基礎方程式である非圧縮性ナヴィエ・ストークス方程式を粘着境界条件下で考察する。流体の粘性が非常に小さい場合における固体壁近傍での解の漸近挙動を調べることは、理論的にも応用上も重要である。この授業では、その基礎となるプラントル境界層展開に対する数学理論の概要を学ぶことを目的とする。
The incompressible Navier-Stokes equations, which is a fundamental nonlinear PDE system in fluid dynamics, are considered under the noslip boundary conditions. Investigating the asymptotic behavior of the solution around the solid wall in the vanishing viscosity limit is important both theoretically and in application. The purpose of this course is to learn the mathematical theory of Prandtl's boundary layer expansion.