| 開講学期／Course Start | 2023年度／Academic Year 後期／Second |
|---|---|
| 開講曜限／Class period | 月/Mon 9 , 月/Mon 10 |
| 授業区分／Regular or Intensive | 週間授業 |
| 対象学科／Department | 創造工学科航空宇宙工学コース |
| 対象学年／Year | 3年 , 4年 |
| 授業科目区分／Category | 教育課程 創造工学科 |
| 必修・選択／Mandatory or Elective | 選択 |
| 授業方法／Lecture or Seminar | 講義科目 |
| 授業科目名／Course Title | 数値流体力学／Computational Fluid Dynamics |
| 単位数／Number of Credits | 2 |
| 担当教員名／Lecturer | 畠中 和明 (創造工学科航空宇宙工学コース) |
| 時間割コード／Registration Code | J3157 |
| 連絡先／Contact | 畠中 和明(A207、TEL：0143-46-5354、e-mail：hatnac＠muroran-it.ac.jp) |
| オフィスアワー／Office hours | 畠中 和明(毎週月曜日10:00～12:00) |
| 実務経験／Work experience | 畠中 和明(企業において関連する数学知識を要する計測・制御ソフトウェア設計・製作に携わった在職経験及び流体関連シミュレーションソフトウェア設計・製作に携わった在職経験を有する) |
| 更新日／Date of renewal | 2023/08/19 |
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| 授業のねらい ／Learning Objectives |
航空宇宙工学においては、複雑形状周りの圧縮性流れの振る舞いの詳細を研究する必要がある。そのため従来の理論、実験に基づく研究手法に加えて、計算機の性能向上にともない、計算機を用いた数値流体力学（Computational Fluid Dynamics: CFD）が重要な役割を担うようになった。CFDを活用して流体の振る舞いを研究するためには、流体力学のみならず、計算機の利用上必要となる様々な知識を習得する必要がある。本授業では、流体力学の理論から計算機プログラムを作成して流体の運動を数値的に模擬する方法を説明する。 |
| 到達度目標 ／Outcomes Measured By: |
１. 物理現象は（偏）微分方程式で表現されることを理解する。 ２．偏微分方程式を差分により離散的に表現して計算機で処理する事を理解する。 ３．いくつかの特徴的な熱流体問題の数値解法を理解する。 |
| 授業計画 ／Course Schedule |
総授業時間数：２２．５時間 第１回： 数値流体力学について－イントロダクション－ 第２回： 数値解析で扱う偏微分方程式の分類とそれぞれの物理的意味 第３回： 偏微分方程式の差分表示 － テイラー展開による方法 第４回： 偏微分方程式の差分表示 － 多項式による方法 第５回： 陽解法と陰解法 第６回： 多次元問題の取り扱い方法 第７回： 解の安定性 － フォンノイマンの安定性解析 第８回： 数値計算例 第９回： 中間試験 第１０回： Python, Fortranの基礎（変数、式、入出力） 第１１回： Python, Fortranの基礎（制御文、関数、配列） 第１２回： 熱流体問題における数値解法の実装 第１３回： 熱流体問題の数値解析 第１４回： 計算結果の可視化手法 第１５回： 数値流体力学の応用、課題提示 各回の学修時間の目安は、事前・事後合わせて４時間必要です。 |
| 参考書等 ／Required Materials |
流体計算と差分法 桑原邦郎, 河村哲也編著 朝倉書店 2005(ISBN:9784254231052)
Computational fluid mechanics and heat transfer Dale A. Anderson, John C. Tannehill, Richard H. Pletcher Hemisphere ; McGraw-Hill 1984(ISBN:0070503281) 数値計算のためのFortran90/95プログラミング入門 牛島省著 森北出版 2020(ISBN:462784722X) Python : ゼロからはじめるプログラミング 三谷純著 翔泳社 2021(ISBN:9784798169460) |
| 教科書・参考書に関する備考 |
教科書は特に指定しない。 授業中に適宜資料を配布する。 |
| 成績評価方法 ／Grading Guidelines |
・中間試験結果（60点満点）、レポート（40点満点）を合計して、100点満点中60点以上を合格として単位を与える。 ・下記の到達度目標１から３については、中間筆記試験およびレポートで評価する。 １. 物理現象は（偏）微分方程式で表現されることを理解する。 ２．偏微分方程式を差分により離散的に表現して計算機で処理する事を理解する。 ３．いくつかの特徴的な熱流体問題の数値解法を理解する。 |
| 履修上の注意 ／Notices |
・授業の2/3以上の出席がなければ成績評価の対象とならないので注意すること。 ・再試験は行わない．不合格の者は再履修すること。 |
| 学習・教育目標との対応 ／Learning and Educational Policy |
学生便覧「学習目標と授業科目との関係表」参照 |
| 関連科目 ／Related course |
・本授業の基礎となる科目： 微分積分Ａ、微分積分Ｂ、流れの力学Ａ、流れの力学Ｂ、空気力学、応用解析学Ⅰ、応用解析学Ⅱ ・本授業で学ぶ知識等を必要とする科目：卒業研究Ⅰ、卒業研究Ⅱ |
| 実務経験のある教員による授業科目 ／Course by professor with work experience |
1.関連した実務経験を有している教員が担当する科目 |
| No. | 回（日時） ／Time (date and time) |
主題と位置付け（担当） ／Subjects and instructor's position |
学習方法と内容 ／Methods and contents |
備考 ／Notes |
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| 該当するデータはありません | ||||
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Active learning 1-1 ／主体的学修（反転授業，小テスト，振り返り 等） |
・計算機の取り扱いやFortranによる計算処理技術は、講義時間だけでは身につかない。配布資料や参考書等を用いた自主的な学習が必要である。 |
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Active learning 1-2 ／上記項目に係るALの度合い |
15%未満 |
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Active learning 2-1 ／対話的学修（グループ学習，協働，調査体験 等） |
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Active learning 2-2 ／上記項目に係るALの度合い |
該当なし |
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Active learning 3-1 ／深い学修（複数科目の知識の総合化や問題解決型学修 等） |
１・２年次に学んだ数学や物理学、流体力学や熱力学等、幅広い科目で修得した基礎知識を総合的に活用することによって本科目に対する理解が促進され、各種熱流体問題を数値解析的に解く能力を修得することができる。 |
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Active learning 3-2 ／上記項目に係るALの度合い |
15%未満 |