科目名: 計算熱流体工学 (01)　Computational Thermo- and Fluid Dynamics
担当教員: 田中　和博 (大学院情報工学研究院機械情報工学研究系)　kazuhiro@mse.kyutech.ac.jp
対象分野科目 選択科目 2単位
3年 後期 月曜2限目 1301講義室

授業の概要

熱や流体の移動現象は，日常的に身のまわりで観察される．これらの現象に関連する代表的な偏微分方程式の数値シミュレーション法（例えば，CFD：Computational Fluid Dynamics）について，数値解析の演習、計算結果の評価、現象との比較を検討，評価，解説することによって理解させる．

カリキュラムにおけるこの授業の位置付け

　この授業は，機械情報工学科の学習・教育目標（Ａ-３）（２）「機械工学の基礎概念（エネルギと流れ）について広く理解する」ことを目標としており、ここで演習する項目の基本的な理論に関しては、流れ学，熱流動システムＩ，熱流動システムIIにおいて講義されるため、これらの履修を前提としている。

授業項目 (授業計画)

(1)　 熱流体の支配方程式

(2)　 方程式の差分解法

(3)　 流体解析システムの概要　（メッシュ生成、数値計算、ポスト処理）

(4)　以下は数値解析の演習内容であり、この内からいくつかを選択する。

(5)　・ 物体周り流れの数値解析（円柱、翼、車体など）

(6)　・ 境界層流れ

(7)　・ 流れとはく離

(8)　・ 内部流れの数値解析（管内流れ、エンジンルーム内流れ、金型内流れなど）

(9)　・ 熱流動の数値解析（対流熱伝達など）

授業の進め方

設計製図室のコンピュータ・システムを使用する。台数の制約から、２年生・流れ学と３年生前期・熱流動システムＩの既修得者、および３年後期・熱流動システムIIの履修登録者を優先する。各演習テーマに２ないし３週かけて取り組み、レポートを作成する。

授業の達成目標 (学習・教育目標との関連)

この授業は，機械情報工学科の学習・教育目標（Ａ）に掲げられている「情報工学と機械工学の双方の基礎と応用を習得する」ために，（Ａ-３）（２）「機械工学の基礎概念（エネルギと流れ）について広く理解し，機械情報工学へと応用できる能力」を養うことを目標とする．
具体的には以下の項目を目標とする．

(1)　熱や流れの移動現象の数値シミュレーション法の基礎を理解させる．

(2)　境界条件の考え方

(3)　定常、非定常（動特性と静特性）の違い

(4)　計算格子（格子形状、CADとのデータ変換）

(5)　数値精度（格子の数と形状の影響を含めて）と計算時間

(6)　計算結果の検証

成績評価の基準および評価方法

出席、レポートの提出は必須とし、お互いの計算結果に対する評価に関する討論内容とレポートの内容、特に現象の理解、考察状況により、上記の(1)-(5)までの各目標の到達度を各15点、(6)については25点で評価する。試験、再試験は実施しない。

キーワード

数値流体力学、数値伝熱工学、コンピュータシミュレーション、流体現象、伝熱現象、境界条件、数値計算

教科書

藤井孝藏「流体力学のための数値計算法」，東大出版会,(1994)

参考書

備考