流体力学の基礎入門講座

流体力学は、機械工学、化学工学、土木工学などに関係する製品や構造物の設計には、必須力学であることはいうまでもありません。しかしながら、数式がたくさん出てきて、聞きなれない用語が多く、さらに、液体・気体の流れは目に見えないこともあり、理解の難しい科目のひとつでもあります。流体力学を理解するためには、何をどのように学べばよいのか? 　本講座は、そんな素朴な疑問から始まりました。その素朴な疑問の答えとして、たどり着いた4つの基本コンセプトがあります。それらの基本コンセプトとは、「重要な数式の容易な認識」、「丁寧で親切な記述」、「直感的な理解」、および、「数式のビジュアル化」です。本講座はそのようなコンセプトの元、学生時代に機械工学を学ばなかった方や、流体力学が苦手な方であっても、本講座で流体力学を学ぶことで、いままで深く考えていなかった機械の内部の流れや、構造物の流れが見に見えるようにクリアに理解できるようになると思います。

1. 静止した流体の圧力
   1. 圧力と力
   2. 密度と比重
   3. 高さと圧力の関係
   4. 絶対圧力とゲージ圧力
   5. パスカルの原理
   6. 圧力の測定
2. 平面と曲面に作用する全圧力
   1. 平面に作用する全圧力
   2. 圧力の中心の座標
3. 運動する流体の性質と用語
   1. 流れの速度と時間的加速度
   2. 運動する流体に働く力
   3. オイラーとラグランジュの方法
   4. 運動する流体の用語
      • 定常流
      • 一様な流れ
      • 流線
      • 流線管
4. 連続の式と運動方程式
   1. 連続の式
   2. 流体粒子の加速度
   3. オイラーの運動方程式
5. ベルヌーイの定理とその応用
   1. ベルヌーイの定理
   2. 断面積が変化する円管でのベルヌーイの定理
   3. よどみ点の静圧と動圧
   4. ピトー管
6. 運動量の式
   1. 運動量と力積の関係
   2. 断面積が変わる管に働く力
7. 粘性と円管内層流
   1. 粘性の性質
   2. 粘性の定義と粘性係数
   3. 円管路内層流の圧力勾配
   4. 円管路内層流の速度分布
8. 拡張されたベルヌーイの式と粒子の沈降
   1. 拡張されたベルヌーイの式
   2. 粘性応力
   3. 流体中の落下粒子の運動方程式とストーク近似
   4. 沈降速度
9. 相似則と乱流の基本性質
   1. 層流と乱流の違いとレイノルズ数
   2. 流れの力学的相似
   3. ナビエ・ストークスの運動方程式
10. 円管内の乱流
    1. 円管内壁面付近の乱流の剪断応力
    2. ダルシー・ワイスバッハ式
    3. 層流の管摩擦係数
    4. 滑らかな管の管摩擦係数
    5. プラントルの壁法則
11. 非一様な流れの圧力損失
    1. 非一様な流れの損失係数
    2. 管路入口の圧力損失
    3. 曲管内の圧力損失
    4. 管路で失われる全圧力損失
12. 抗力と揚力
    1. 抗力係数と揚力係数
    2. 抗力係数の値
    3. 圧力抗力と摩擦抗力
• 質疑応答