学部後期課程
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最終更新日：2025年4月21日
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伝熱・熱力学(Heat Transfer)
The objective of this course is to present the fundamental principles of heat transfer by relating those principles to practical engineering applications. The course will start from the introduction to heat transfer by conduction, radiation and convection, and cover the topics on steady-state analysis of heat transfer, unsteady-state heat transfer, numerical solution of heat conduction problems, practical problems for forced-convection heat transfer, and natural convection systems. Students will learn the ability to solve heat-transfer problems often appeared in the area of environment and energy engineering.
Note: Course textbook is "Heat Transfer (9th ed., J.P. Holman, 2001)" written in English.
環境・エネルギー問題を工学的に解決するために，熱力学と伝熱工学の基礎知識は必須である。本講義では，Heat Transfer (9th ed., J.P. Holman, 2001) を教科書として使用して，伝熱に関する基礎を数多くの練習問題を解くことにより習得する。英語教科書を使用して授業を実施するが，講義は日本語を主体として行う。学生は教科書を読むことによって科学技術英語の表現に慣れ，英語能力の向上を図ることも目標とする。
Note: Course textbook is "Heat Transfer (9th ed., J.P. Holman, 2001)" written in English.
環境・エネルギー問題を工学的に解決するために，熱力学と伝熱工学の基礎知識は必須である。本講義では，Heat Transfer (9th ed., J.P. Holman, 2001) を教科書として使用して，伝熱に関する基礎を数多くの練習問題を解くことにより習得する。英語教科書を使用して授業を実施するが，講義は日本語を主体として行う。学生は教科書を読むことによって科学技術英語の表現に慣れ，英語能力の向上を図ることも目標とする。
時間割／共通科目コード
コース名
教員
学期
時限
FEN-SI3b41L3
FEN-SI3b41L3
伝熱・熱力学(Heat Transfer)
三輪 修一郎
火曜5限、金曜5限
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講義使用言語
日本語、英語
単位
2
実務経験のある教員による授業科目
YES
他学部履修
可
開講所属
工学部
授業計画
Textbook: J. P. Holman, Heat Transfer, 9th Edition. McGrawHill, 2001.
1. Introduction to Heat Transfer
Course Description and Objectives, Review of Thermodynamics, Mode of heat transfer (heat conduction, convention, radiation), Basic law and thermal properties (Fourier’s law, thermal conductivity, heat-transfer coefficient), Energy balance equation
2. Steady-state conduction - One dimension
Heat conduction through composite material, Thermal resistance, Heat conduction problems with heat sources, Overall heat-transfer coefficient, Thermal contact resistance, Fins
3. Steady-state conduction for multiple-dimension problems (1): Analytical method
Analytical solution of two-dimensional heat conduction problems, Graphical analysis, Conduction shape factors
4. Steady-state conduction for multiple-dimension problems (2): Numerical method
Nodal equations for finite-difference calculations, Solution technique using Gauss-Seidel iteration, Problem-solving exercises
5. Unsteady-state conduction (1): Analytical and graphical methods
Lumped-heat-capacity analysis, Transient heat flow in semi-infinite solid, Convection boundary conditions, Heisler charts, Biot number, Fourier number
6. Unsteady-state conduction (2): Transient numerical method
Forward and backward finite-difference formulations, Problem-solving exercises
7. Principles of heat convection (1): Hydrodynamic boundary layer
Laminar and turbulent boundary-layer flows on a flat plate, Integral momentum analysis of laminar boundary layer
8. Principles of heat convection (2): Energy equation of boundary layer
Thermal boundary layer, Integral energy analysis of laminar flow, Prandtl number, Nusselt number, Heat transfer in laminar and turbulent tube flows
9. Empirical and practical relations for forced-convection heat transfer
Empirical relations for pipe and tube flows, Heat transfer in flow across cylinders/spheres and along flat plates
10. Natural convection systems:
Free-convection heat transfer on a vertical flat plate, Grashof number, Empirical relations for free convection, Free convection in enclosed spaces, combined free and forces convection
授業の方法
J.P.Holmanのテキストは，履修学生に限って貸与する。講義だけでは時間が限られているので、各自で積極的にテキスト内の練習問題を解くことを推奨する。熱力学は前期課程で学習しているはずであるから、各自で参考書を購入して積極的に自習を行うこと。熱放射については講義で簡単に触れる程度にするが、太陽エネルギーや地球温暖化問題などを考える上での重要な基礎になるので、教科書の残る部分に関する積極的な勉強を期待する。
Email address: 三輪*****）
成績評価方法
期末試験（70%）と各回に与えるレポート課題（30%）の総合点により評価する。期末試験は，資料閲覧可と不可の2種類の試験を行う予定。
Final Examination will be a combination of open-book and closed-book exams. Two examinations will be conducted online. Grading will be determined by: Final Exam 70% and Homework and performance 30%.
教科書
本授業では，J. P. HolmanのTextbook「Heat Transfer, 9th Ed.」を使用する。貸出方法については，講義初回に説明します。
参考書
－
履修上の注意
基礎を固める（分野別基礎）
その他
前提となる知識と項目：Fundamental knowledge on fluid mechanics is necessary for understanding heat convection in flow streams. Students should be familiar with MS Excel because it will be often used for analytical and numerical calculations. MATLAB can be used for these calculations.
UTokyo MATLAB Campus-Wide License:
https://www.u-tokyo.ac.jp/*****
