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【クラスコード：lwxnlq7】
数値流体力学（CFD）と情報科学の組み合わせよって行われる流体工学設計について、理論を構築し、手法を習得し、実例を見る。
[Class code: lwxnlq7]
This lecture aims to construct the theories, learn the methodologies, and see the real-world examples of fluid engineering design based on computational fluid dynamics (CFD) combined with information science.
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。
１．目的
圧縮性流れの数値計算手法（CFD）の基礎学力の習得を目的とする．
２．概要
有限差分法の精度とエラー，中心スキームと風上スキームの意味，有限体積法（保存則と数値流束），近年の高次精度スキームなどの基礎を講義する．またこれらの数値計算手法のプログラミング法についても講義を行う．
３．達成目標等
圧縮性流れの数値計算手法（CFD）の基礎を習熟する．
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")
1. Purpose
The purpose of this lecture is to understand the basics of modern computational fluid dynamics (CFD) methods for compressible flow simulations, and also to acquire programming skills to program lectured numerical methods.
2. Overview
Accuracy and errors of finite difference methods, the meaning of central and upwind schemes, finite volume methods (conservation law and numerical flux), and recent high-order accurate numerical methods are given in the lectures. Also, we will provide lectures on programming methods based on Fortran language and reports on actual programming of lectured numerical methods.
3. Achievement target
Master basic relational expressions such as isentropic relations and shock wave relations.
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本授業の目的は，空力応用や材料プロセスといった産業分野にみられる複雑な流体運動の本質を見抜き，予測できる直観力，そしてその制御法を設計するための基盤知識も会得することである。流体力学の定理や支配方程式といった数学的記述のみならず，実験研究による可視化画像や観察動画，および理論に裏付けられたシミュレーションによるコンピュータグラフィックスアニメーションを用いて，流体の自然な振舞いを理解し，その物理に対する洞察力を磨くことで，目的の達成に臨む。また，身近な流体にとどまらず，雷に代表されるプラズマ流体（超高温の電離気体）の特性について学ぶことで自然界への見識を広げ，それらの応用技術の知識も得ることによって新しい流体工学が果たす社会貢献についての理解を深める。これらの一連の内容を英語で聴き，議論しながら課題に取り組む経験を通して，国際舞台で活動するためのコミュニケーション能力の研鑽も兼ねた土台形成も図る。
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The purposes are for students to develop the intuition to understand the nature of flow and predict the complex fluid motions, which appear in various industries such as aerodynamic applications and material processes, and also to acquire the basic knowledge to design the control methods. Through studying Fluid Dynamics with not only the mathematical descriptions of theorems and governing equations but also visualized images and observation videos in experiments and computer graphic animations of simulations based on theories, students improve their abilities to discuss the natural behavior of fluid and develop their insights into physics of fluid for achieving those purposes. By learning not only about normal fluids but also about plasma fluids (very high-temperature ionized gases), such as lightning, students will broaden the insight into the nature and deepen the understanding of the contributions that new fluid mechanics can make to society by acquiring knowledge of their applied technologies. Simultaneously, this course aims to polish communication skills and to build the foundations for students to play important roles on the global stage through their experiences of listening to the lectures and having discussions to solve the problems in English.
授業にはGoogle Classroomを利用します．Google Classroomのクラスコードは工学部Webページ：学部シラバス・時間割 (https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)より確認すること．水曜クラスと木曜クラスでクラスコードが異なるのでご注意ください．
１．目的
現代的なプログラミング方式としてオブジェクト指向プログラミングと関数プログラミングの基本を学ぶ．
２．概要
本演習は前半と後半に分かれる．前半ではプログラミング言語 C# を通じてクラスやオブジェクト，そして継承といったオブジェクト指向プログラミングにおける基本概念について学ぶ．後半では F# を通じて，代数データ型やパターンマッチ，そして高階関数といった関数プログラミングにおける基本概念について学ぶ．
３．達成目標等
オブジェクト指向および関数プログラミングの基本概念を習得し，C#およびF#で簡単なプログラミングが可能になること．
This course uses Google Classroom. Please refer to https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html for the class code. Note that Wednesday's course and Thursday's course use different class codes.
1. Objective
Students will learn basic concepts of the two major approaches to modern programming: object-oriented and functional programming.
2. Overview
This course is divided into two parts: In the former half, students will use C# to learn fundamental concepts in object-oriented programming, including classes, objects, and inheritance. In the latter half, students will use F# to learn key concepts in functional programming, including algebraic datatypes, pattern matching, and higher-order functions.
3. Goals
Students are expected to understand the basic concepts underlying object-oriented and functional programming and to acquire the basic programming skills in C# and F#.
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（大学院シラバス・時間割・履修登録）にて確認すること。
本講義は三つの部からなる．
本講義の最初の部では，連続体力学で学んだ事項を基に，多次元の非線形構造解析法について学ぶ。構成則として超弾性構成則を取り上げ，幾何的非線形性に焦点を当てながら，基礎理論から有限要素法をベースとした数値解法までを学ぶ。
第二部では，各種構造部材・構造物の座屈安定問題の数値解析の基礎を学ぶ。経路追跡法と分岐解析法という非線形の構造系の数値解析の基礎を習得し，トラス構造系などの非線形座屈・分岐解析の計算機演習を行う。
最後の部，基本構造部材である柱や梁，骨組などの，塑性解析法および塑性設計法について解説する。
講義形態：
対面講義を基本とする．
状況に応じて Google classroom も利用する．
なお，classroom は情報伝達や資料配布にも利用するので，注意すること．
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This course consists of three parts.
The first part of this course aims to learn the multidimensional nonlinear structural analysis based on continuum mechanics. This part provides the fundamental theory and the numerical solutions by using the finite element methods while picking up hyperelastic bodies and focusing on geometric non-linearity.
The second part aims to learn the basic numerical methods of buckling stability problems for several types of structural members and structures. The line search method and bifurcation analysis, which are basic numerical methods of nonlinear structure systems, are provided, and numerical practices of nonlinear buckling and bifurcation related to structures such as truss systems are addressed.
In the final part, plastic analysis and design methods of basic structural members such as post, beam, and frame systems are explained.
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学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)
１．目的：
大規模な土木事業は我々の日常における社会活動や経済活動に対して，社会に対する便益の最大化，コストの最小化といった様々な形で関わる。各種要因が相互に絡み合う複雑なシステムを分析し，問題を解決するための数理的手法やモデリングを学ぶ．
２．概要：
現象をモデリングし，最適化手法や数理的な解析手法を用いて問題を解決する能力を身につける．
３．達成目標等：
この授業では，主に以下のような能力を修得することを目標とする．
・最適化問題を定式化する能力．
・定式化した問題を解析する能力．
・定式化した問題を解く能力．
Googleクラスコードはq6bbs4n
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https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)
1. Purpose
Large-scale civil engineering projects are closely related with our daily social and economic activities. You are going to study how to solve various problems in a complicated system involving many interacting factors.
2. Outline
We study various approaches of Operations Research including linear programming, nonlinear programming, dynamic programming, graph theory and etc.
3. Objectives
Students are expected to master the following two abilities.
- To formulate optimization problems
- To analyze the formulated problems
- To solve the formulated problems
Google classroom code is q6bbs4n
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学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)
本講義は対面で実施する予定．
詳細は、Google Classroomの
クラスコード：25qh66o
に記載．
１． 目的
流体問題をコンピュータで数値シミュレーションすることを目的に、偏微分方程式の数値計算手法である差分解法について、その基礎と応用を講義する。
２． 概要
まず、偏微分方程式の基礎ならびに解析的解法について解説する。次いで、偏微分方程式を数値的に解く代表的手法としての差分解法の基礎を説明し、その応用として非圧縮性ナビエ・ストークス方程式の差分解法についても触れる。
３．達成目標等
偏微分方程式の各型に応じた差分解法を習得し、実際に簡単な例題が解けるようになること。そして、非圧縮性ナビエ・ストークス方程式が、その応用で解くことができる点を理解する。
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https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)
The objective of this lecture is to understand numerical methods for solving partial differential equations (PDE) and incompressible Navier-Stokes equations (INSE).
This lecture first introduces the basis of PDE. Second, as typical numerical methods, the basis of finite-difference method (FDM),FDM for PDE, and FDM for INSE are covered.
Class Code: 25qh66o
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学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)
１．目的
各種工業プロセス内では運動量移動、熱移動、物質移動、化学反応による変化過程などが複雑に絡み合い、それらを一括して移動現象と称する。この授業では、移動現象論の最も基礎である運動量ならびに熱（エネルギー）移動についての専門基礎知識を学ぶ。
２．概要
工業プロセス内では流体あるいは固体の流れがあり、加熱・冷却される場合が数多い。熱と物質移動の解析によりプロセス設計・操作の最適化を図ることは化学工学の基礎でもある。移動現象論を通して化学工学の必要性と意義，流体力学の基礎、流体輸送機器の取り扱いなどを学ぶ。
３．達成目標等
この授業では、主に以下のような能力を修得することを目標とする。
・熱及び物質収支の取り方を理解し、プロセスの定量的把握手法を修得する。
・粘性流体の性質と運動量方程式の立て方を理解する。
・エネルギー保存式からベルヌーイの式を誘導し、その応用を図ることができる。
・種々の流動抵抗をベルヌーイの式に組み込み、ポンプ動力を解析できる。
・ポンプやブロワーなどの流体輸送機器の原理を理解し、その特徴を説明できる。
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1. Objective
Momentum, heat and mass transfer and chemical reactions simultaneously occur in the process of chemical industries and these are collectively called Transport Phenomena. This course provides students with fundamental knowledge of transport phenomena, such as momentum and heat (energy) transfer.
2. Summary
Solid and fluid flow is generally used in industrial process with heating and cooling. To optimize the process design and its operation, analysis of heat and mass transfer is required. Students understand necessity and significance of chemical engineering, basic fluid dynamics and fluid machines through this course.
3. Target
Targets of this course are:
1) Students learn the calculation method of heat balance and material balance, and these quantitative balance in an objective process.
2) Students understand the characteristics of viscous fluid and the derivation method of momentum equation of fluid.
3) Students derive Bernoulli's equation from the law of conservation equation of energy, and they can apply Bernoulli's equation to industrial problems.
4) Students can calculate pump power by considering various fluid mechanical loss.
5) Students understand the mechanism of fluid machines such as pump and blower and explain these characteristics.
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学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)
１．目的
熱力学の基本概念と基礎原理を理解し、工業への応用力を養成することを目的とする。特に、近年重要となってきた、地球規模の環境問題に関わるエネルギーの有効利用や省エネルギーの基本概念を理解する。さらに、エンジンや発電所などの熱流体機器の動作原理を学び、人類が限られたエネルギー資源を有効に利用する基本原理を学ぶ。
２．概要
熱力学の基本原理である系・物質・エネルギーの基本概念から始まり、熱力学第１法則と第２法則を理解し、物質の状態変化を定量的に学ぶ。さらに、ピストンエンジン・ジェットエンジン・蒸気サイクル・冷凍機などの熱機関の動作原理と効率の習得を通して、エネルギーの有効利用についての基本概念を理解する。さらに、物質の状態量変化に関する一般関係やエクセルギー（有効エネルギー）も学ぶ。
３．達成目標等
この講義では、主に以下の事柄を理解し修得することを目標とする。
・熱力学の基本概念の理解と定量的計算が可能な応用力の修得
・熱機関の動作原理を理解し、実在機器の基本的な性能や効率計算ができるようになること
・地球規模の環境問題を念頭において、エネルギーの有効利用の基本概念を理解すること
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1. Objectives
Our main objective is to understand the basic concept and principle of thermodynamics and apply the knowledge to the industries. We will also learn about effective utilization of energy and energy saving, which have been closely related to global environmental problems which become important now. In addition, through learning about the operation principles of thermal fluid apparatus like engine and power plant, we will study the fundamental principles in which human beings use the limited energy resource efficiently.
2. Overviews
We will start with the basic principle of thermodynamics such as the concept of system, matter and energy, and understand the first and second laws of thermodynamics. We will also learn about the state changes of matter quantitatively. Moreover, we will learn about the operation principles and efficiency of heat engine, such as piston engine, jet engine, steam cycle and refrigeration machine. Through the knowledge, we will understand the basic concept.
3. Goals
This course aims to mainly understand and achieve three primary goals mentioned below:
(1) To understand the basic concept of thermodynamics and to acquire the quantitative calculation ability.
(2) To understand the operation principles of heat engine and estimate the fundamental characteristics and efficiency of real heat engine with the knowledge.
(3) To understand the basic concept of effective utilization of energy with global environmental problems in mind of effective utilization of energy. We will comprehend the general thermodynamic relation about the state changes of matter and exergy (effective energy).
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学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)
１．目的
エンジニア・研究者の基礎知識として必要な流体運動の基礎知識，および流体力学を総合的かつ普遍的に把握する方法や考え方を学ぶ。
２．概要
流体の物理的性質，静水力学，圧力と速度の関係，流れが物体に及ぼす力，流体力学の数理的手法の基礎，管路内や物体周りなどの実際の流れ現象，流れの工学的応用等，流体力学全般の基礎知識を学ぶ。
３．達成目標等
この授業では，主に以下のような能力を修得することを目標とする。
・流体運動の基本的性質を理解し，流れの物理現象を説明することができる。
・流体運動の解析方法や計測の基礎を理解する。
・流れが工学的にどのように応用されているかを理解する。
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1. Class goals and outline
To learn fundamentals of fluid motion and phenomena and to understand how to calculate pressures and velocities in both static and flowing fluids, forces on submerged objects and dimensionless number for design of experiments.
2. Course outcomes
Learning fundamentals of fluid such as physical characteristics of fluids, fluid statics, pressure and velocity of fluids, continuity equation, equation of motion, viscous flow in pipes, forces on submerged objects and fluid applications for engineering.
3. Learning attainment objectives
After this course, students will demonstrate the following outcomes:
- An understanding of fluid mechanics fundamentals and an ability to explain fluid phenomena using Bernoulli equation, Momentum theorem, Euler’s equation and dimensional analysis.
- An ability to calculate velocity profile and forces on objects submerged in flows and an understanding of engineering applications of fluid.