熱流体工学

（１）乱流 １．導入 - 層流と乱流 - エネルギーカスケード，マルチスケール性 - 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 - 渦粘性型レイノルズ平均モデル（標準型k-ε モデル） - 低レイノルズ数型k- ε モデル - ラージ・エディ・シミュレーション（LES） ---------------------------- Turbulence 1. Introduction - Laminar and turbulent flows - Energy cascade and scales of turbulent motion - Review of tensor notation 2. Reynolds stress - Reynolds averaging, 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 - Eddy-viscosity model (e.g., k-ε model) - Low Reynolds number k-ε model - Large eddy simulation （２）圧縮性流れ １．流れの基礎式 - 連続の式 - 運動方程式 - エネルギー式 - 状態方程式 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．音速 - 導出 - マッハ数 ４．等エントロピー流れ - 断面積変化と流れの諸量の関係 - ラバルノズル内の流れ(1) ５．有限振幅等エントロピー波 - 波の伝播速度 - 有限振幅波の波形の時間変化 - リーマン不変量 ６．垂直衝撃波 - 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 - ラバルノズル内の流れ(2) ---------------------------- Compressible Flow 1. Fundamental equations - Continuity equation - Momentum equation - Energy equation - Equation of state 2. Thermodynamics - Review of thermodynamics - Entropy production by viscosity and heat conduction 3. Speed of sound - Derivation - Mach number 4. Isentropic flow - Relation between cross-section and fluid quantities - Laval nozzle (1) 5. Finite-amplitude isentropic wave - Wave propagation velocity - Temporal evolution of the profile of a finite amplitude wave - Riemann invariant 6. Normal shock wave - Rankine-Hugoniot equation - Discussion on entropy - Relation between flow quantities before and after a normal shock wave - Laval nozzle (2)

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）