医工基礎力学  

  田中 真美  

  医工  

   

  前期 月曜日 3講時 未設定  

医工学のなかでも、機械系を将来専門としない学生のために、力学の基礎からはじめ、熱、流体、固体、システムダイナミックスのいわゆる４力学の基礎とエッセンスを講義し他分野における応用の基礎とする。

力学の基礎、熱、流体、固体、システムダイナミックスの基礎とエッセンスについて教授する。状況に応じて演習も含め理解を深める。

Google Classroomを利用（クラスコード： 7zwcz3i ）　

  (IMAC-U)熱力学Ⅰ / (IMAC-U)Thermodynamics I  

  早川 晃弘, 徳増 崇  

  工  

   

   

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

 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

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. 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).

  熱力学Ⅰ / Thermodynamics I  

  中村 寿  

  工  

   

   

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

 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

The class code for Google Classroom can be found on the Web site of

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https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)

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).

  熱力学Ⅰ / Thermodynamics I  

  丸田 薫  

  工  

   

   

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

 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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https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)

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).

  熱力学Ⅰ / Thermodynamics I  

  琵琶 哲志  

  工  

   

   

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

 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

The class code for Google Classroom can be found on the Web site of

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https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)

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).

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

  及川 勝成  

  工  

   

   

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．

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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

  (IMAC-U)　空気力学 / (IMAC-U)Compressible Fluid Dynamics  

  河合 宗司  

  工  

   

   

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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

様々な圧縮性流れ現象の理解に不可欠な基礎学力の習得を目的とする．

２．概要

理想気体を仮定して，等エントロピー流れ，垂直衝撃波流れ，斜め衝撃波流れ，角をまわる超音速流れやノズル流れなど，空気力学の基礎を講義する．

３．達成目標等

等エントロピー関係式，衝撃波関係式など基本的な関係式を習熟する．

圧縮性流れ現象の特徴を理解する．

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1. Aim

The aim is to acquire basic academic skills essential for understanding various compressible flow phenomena.

2. Overview

Under the assumption of a perfect gas, the basic theories of governing equations for compressible flows, isentropic flows, normal shock waves, oblique shock waves, Prandtl-Meyer expansion waves, and nozzle flows are given in the lectures. Detailed derivations of the governing equations, isentropic flow relations, and normal/oblique shock relations are also given.

3. Achievement target

Master basic relational expressions such as isentropic relations and shock wave relations.

  材料科学Ⅰ / Materials Science I  

  水谷 正義  

  工  

   

   

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)

物質・材料の基礎的微視構造や物性の理解を基に、社会的な要請に合う実用特性を理解・評価する道筋を学ぶ。具体的には金属、セラミックスなど代表的な物質・材料について、結晶構造、状態図、相変態、巨視的および微視的欠陥、拡散、強度、破壊など材料の基本的物性・特性について講義する。できるだけ多くの実例を交えながら基礎と実用の結びつきを解説する。

本講義は，Google Classroomを利用する場合がある．その場合のクラスコードは「crsjux3」である．

The class code for Google Classroom can be found on the Web site of

the School of Engineering:

https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)

The class code for Google Classroom can be confirmed on the Graduate School of Engineering Website.

Timetable & Course Description(https://www.eng.tohoku.ac.jp/english/academics/master.html)

Micro-structures and some properties of materials or structures are lectured fundamentally. Concretely, crystal structures, equilibrium diagram, phase transformation, macroscopic and microscopic defects, diffusion, strength and fracture of metallic or ceramic materials are learned.

In this lecture, Google Classroom may be used. The class code is "crsjux3".

  数理流体力学 / Mathematical Fluid Dynamics  

  江原 真司, 橋爪 秀利  

  工  

   

   

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

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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.

  移動現象論 / Transport Phenomena  

  青木 秀之, 渡邉 賢  

  工  

   

   

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

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。

The class code for Google Classroom can be found on the Web site of

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https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)

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.