熱流体工学

（１）乱流 １．導入 - 層流と乱流 - テンソル標記の復習 ２．レイノルズ応力 - レイノルズ平均，レイノルズ応力 - クロージャー問題 ３．境界層乱流 - 境界層近似 - 分子粘性のアナロジと渦粘性 - 混合長 - 壁法則，対数速度分布 - Van-Driest モデル - 圧力勾配，吹き出し・吸い込みの効果 ４．乱流熱伝達 - 熱渦拡散係数 - 乱流プラントル数 ５．乱流の組織的構造 - 準秩序構造 - ストリーク構造 - 渦構造 ６．乱流モデル - 標準型k-ε モデル - 低レイノルズ数型k- ε モデル ---------------------------- Turbulence 1. Introduction - Laminar and turbulent flows - Review of tensor notation 2. Reynolds stress - Reynolds average, Reynolds stress - Closure problem 3. Turbulent boundary layer - Boundary layer approximation - Molecular viscosity analogy and eddy diffusivity - Mixing length - Law of the wall, Logarithmic velocity profile - Van-Driest model - Effect of streamwise pressure gradient and blowing/suction 4. Turbulent heat transfer - Eddy diffusivity for heat transfer - Turbulent Prandtl number 5. Turbulent organized structures - Quasi-coherent structures - Streaky structure - Vortex structure 6. Turbulence model - k-ε model - Low Reynolds number k-ε model （２）圧縮性流れ １．導入 - 音速 - マッハ数 - 流れの分類，etc. ２．熱力学 - 熱力学の復習 - 粘性，熱伝導により生成されるエントロピー ３．一次元流れの基礎式 - 連続の式 - 運動方程式 - エネルギー式 ４．一次元定常等エントロピー流れ - 基礎式 - 断面積変化とマッハ数，流速の関係 - ラバルノズルの紹介 ５．垂直衝撃波 - 基礎式 - ランキン・ユゴニオの式 - エントロピーに関する議論 - 垂直衝撃波前後の関係式 - 一定速度で伝播する衝撃波 ６．ノズル流れ - ラバルノズル（背圧による流れの変化） - ロケットの推力 ７．一次元の波動 - 波動方程式（微小振幅） - 有限振幅等エントロピー波 - リーマン不変量 - 圧縮波，膨張波 - 有限振幅波の波形の時間変化 - 特性曲線 - 膨張波の関係式 - 衝撃波管 - トンネル内の圧力波 ８．二次元定常等エントロピー流れ - 基礎式 - 速度ポテンシャル - 双曲型，放物型，楕円型偏微分方程式 - 線形理論 - プラントル・マイヤー流れ ９．斜め衝撃波 ---------------------------- Compressible Flow 1. Introduction - Sonic speed - Mach number - Classification of flows, etc. 2. Thermodynamics - Review of thermodynamics - Entropy production by viscosity and heat conduction 3. Fundamental equations for one-dimensional flows - Continuity equation - Momentum equation - Energy equation 4. One-dimensional steady isentropic flows - Fundamental equations - Relation among cross-section variation, Mach number and fluid velocity - Introduction of Laval nozzle 5. Normal shock wave - Rankine-Hugoniot equation - Discussion on entropy - Relation before and after the normal shock - Shock wave propagating with constant velocity 6. Nozzle flows - Laval nozzle - Thrust of rockets 7. One-dimensional wave - Wave equation (small amplitude) - Finite amplitude isentropic flow - Riemann invariant - Compression wave, expansion wave - Temporal evolution of the profile of finite amplitude wave - Characteristic curve - Relation expressions on expansion wave - Shock tube - Pressure wave in a tunnel 8. Two-dimensional steady isentropic flows - Fundamental equations - Velocity potential - Hyperbolic, parabolic and elliptic partial differential equations - Linear theory - Prandtl-Meyer flow 9. Oblique shock

試験および出席点によって評価する。 Scored based on attendance and final exam.

H. Tennekes and J. L. Lumley, “A First Course in Turbulence” MIT Press (1972) (藤原仁志・荒川忠一訳，乱流入門，東海大学出版会 (1998)); W. M. Kays and M. E. Crawford, “Convective Heat and Mass Transfer, 3rd ed.” McGrawHill, (1993); 松尾一泰，『圧縮性流体力学－内部流れの理論と解析－』，理工学社 (1994); H. W. Liepmann and A. Roshko, Elements of Gasdynamics, Dover Publications (2002).

基礎を固める（分野別基礎）

前提となる知識と項目：熱力学、連続体の概念，流れにおける質量，運動量，エネルギーの保存方程式，ナヴィエストークス方程式，エネルギー方程式，粘性流れ，熱伝達，レイノルズ数，ヌセルト数などの流体と熱に関する予備知識、および初等数学 応用先_分野と項目：熱流体機器とデバイス（自動車，高速列車，航空機，ジェットエンジン，宇宙ロケット，発電・エネルギーシステム，電子デバイス冷却） 事前履修：流れ学第１,流れ学第２,熱工学第１,熱工学第２ 平行履修：数値熱流体工学