K5138010 計算流体力学

広島大学シラバス

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年度 2024年度開講部局工学部

講義コード K5138010 科目区分専門教育科目

授業科目名計算流体力学

授業科目名
（フリガナ）ケイサンリュウタイリキガク

英文授業科目名 Computational Fluid Dynamics

担当教員名尾形　陽一,城崎　知至

担当教員名
(フリガナ) オガタ　ヨウイチ,ジョウザキ　トモユキ

開講キャンパス東広島開設期 3年次生   後期   ３ターム

曜日・時限・講義室 (3T) 木1-4：工108

授業の方法講義授業の方法
【詳細情報】　

対面講義が基本，状況に応じてオンラインも併用予定．パワーポイント、word file使用．演習・宿題を課す．

単位 2.0 週時間　使用言語 J : 日本語

学習の段階 4 : 上級レベル

学問分野（分野） 25 : 理工学

学問分野（分科） 09 : 機械工学

対象学生第一類　エネルギー変換プログラム　3年生

授業のキーワードシミュレーション，流体力学，CFD

教職専門科目　教科専門科目　

プログラムの中での
この授業科目の位置づけ
（学部生対象科目のみ）
到達度評価
の評価項目
（学部生対象科目のみ）エネルギー変換プログラム
（能力・技能）
・機械システム工学の基礎の確実な習得と応用力の養成

授業の目標・概要等コンピュータの進歩に伴い様々な分野での数値解析手法が発展してきたが，流体力学においても，数値流体力学（CFD）は研究だけでなく産業界の開発（R&D）でも，CAEの観点から重要な役割を占めている．本講義ではCFDにおける数値解析の基礎について学ぶ．
(1) 微分方程式の数値解法の基礎の習得
(2) 非圧縮性流体 / 圧縮性流体の基礎の数値計算を用いた理解・習得

授業計画第1回　イントロダクション．工学における流体シミュレーションとCAE
第2回　差分法の基礎：差分の精度と誤差．陽解法と陰解法．
第3回　偏微分方程式（１）：移流方程式（双曲型）の基礎
第4回　偏微分方程式（２）：移流方程式，クーラン数（CFL数）．拡散方程式（放物型）
第5回　偏微分方程式（３）：反復法，ポアソン方程式（楕円形）
第6回　非圧縮性流体（１）：Navier-Stokes方程式の数値解法（流体力学の復習，基本的な考え方）
第7回　非圧縮性流体（２）：Navier-Stokes方程式の数値解法（MAC法/SMAC法）
第8回　前半部分の総まとめ
第9回　保存形と非保存形，数値解析における保存の意味
第10回　圧縮性流体（１）：基礎方程式，特性曲線、有心膨張波 (圧縮性流体復習)
第11回　圧縮性流体（２）：衝撃波，衝撃波管問題解析解 (圧縮性流体復習)
第12回　1次元圧縮性流体の数値解法１Laxスキーム
第13回　演習Ⅰ Laxスキームによる衝撃波管問題
第14回　1次元圧縮性流体の数値解法２近似リーマン法HLL, HLLCスキーム
第15回　演習2 HLLスキームによる衝撃波管問題

教科書・参考書等参考書
「流体力学の数値計算法」藤井孝蔵著，東京大学出版会　など．

授業で使用する
メディア・機器等　

【詳細情報】配付資料，パワーポイント, word file.  各自の必携パソコンが中心．
Stream/Teamsは状況に応じて使用予定

授業で取り入れる
学習手法　

予習・復習への
アドバイス以下を復習しておくこと
(1)-(2) 流体力学の復習, テーラー展開
(3)-(5) 常微分方程式，偏微分方程式
(6)-(7) 非圧縮性流体
(10)-(14) 圧縮性流体

「計算機プログラミング」で既習の言語【Fortran90】・コンパイラを用いるので，コンパイル方法・使い方などを復習しておくこと．配布資料も予習・復習のために目を通しておくこと．図書館などでCFD関連図書を探してみるのも良い．

履修上の注意
受講条件等「計算機プログラミング」「流体力学I, II」「圧縮性流体力学」を履修していることが望ましい．
必携PCにfortranコンパイラ、gnuplot等の作画ソフトをインストールしておくこと.

成績評価の基準等演習等の平常点，およびレポート・期末試験等で総合的に判断し．60％以上で合格とする．

実務経験

実務経験の概要と
それに基づく授業内容

メッセージ計算流体力学（Computational Fluid Dynamics : CFD）に限らず，数値計算はCAE（Computer Aided Engineering）の形で，様々な分野で研究開発（Research&Development）に用いられるので，本講義を通じて数値計算の基礎を理解してほしいと思います。

その他

すべての授業科目において，授業改善アンケートを実施していますので，回答に協力してください。
回答に対しては教員からコメントを入力しており，今後の改善につなげていきます。

年度	2024年度	開講部局	工学部
講義コード	K5138010	科目区分	専門教育科目
授業科目名	計算流体力学
授業科目名（フリガナ）	ケイサンリュウタイリキガク
英文授業科目名	Computational Fluid Dynamics
担当教員名	尾形　陽一,城崎　知至
担当教員名 (フリガナ)	オガタ　ヨウイチ,ジョウザキ　トモユキ
開講キャンパス	東広島	開設期	3年次生後期３ターム
曜日・時限・講義室	(3T) 木1-4：工108
授業の方法	講義	授業の方法【詳細情報】
対面講義が基本，状況に応じてオンラインも併用予定．パワーポイント、word file使用．演習・宿題を課す．
単位	2.0	週時間		使用言語	J : 日本語
学習の段階	4 : 上級レベル
学問分野（分野）	25 : 理工学
学問分野（分科）	09 : 機械工学
対象学生	第一類　エネルギー変換プログラム　3年生
授業のキーワード	シミュレーション，流体力学，CFD
教職専門科目		教科専門科目
プログラムの中でのこの授業科目の位置づけ（学部生対象科目のみ）
到達度評価の評価項目（学部生対象科目のみ）	エネルギー変換プログラム（能力・技能）・機械システム工学の基礎の確実な習得と応用力の養成
授業の目標・概要等	コンピュータの進歩に伴い様々な分野での数値解析手法が発展してきたが，流体力学においても，数値流体力学（CFD）は研究だけでなく産業界の開発（R&D）でも，CAEの観点から重要な役割を占めている．本講義ではCFDにおける数値解析の基礎について学ぶ． (1) 微分方程式の数値解法の基礎の習得 (2) 非圧縮性流体 / 圧縮性流体の基礎の数値計算を用いた理解・習得
授業計画	第1回　イントロダクション．工学における流体シミュレーションとCAE 第2回　差分法の基礎：差分の精度と誤差．陽解法と陰解法．第3回　偏微分方程式（１）：移流方程式（双曲型）の基礎第4回　偏微分方程式（２）：移流方程式，クーラン数（CFL数）．拡散方程式（放物型）第5回　偏微分方程式（３）：反復法，ポアソン方程式（楕円形）第6回　非圧縮性流体（１）：Navier-Stokes方程式の数値解法（流体力学の復習，基本的な考え方）第7回　非圧縮性流体（２）：Navier-Stokes方程式の数値解法（MAC法/SMAC法）第8回　前半部分の総まとめ第9回　保存形と非保存形，数値解析における保存の意味第10回　圧縮性流体（１）：基礎方程式，特性曲線、有心膨張波 (圧縮性流体復習) 第11回　圧縮性流体（２）：衝撃波，衝撃波管問題解析解 (圧縮性流体復習) 第12回　1次元圧縮性流体の数値解法１Laxスキーム第13回　演習Ⅰ Laxスキームによる衝撃波管問題第14回　1次元圧縮性流体の数値解法２近似リーマン法HLL, HLLCスキーム第15回　演習2 HLLスキームによる衝撃波管問題
教科書・参考書等	参考書「流体力学の数値計算法」藤井孝蔵著，東京大学出版会　など．
授業で使用するメディア・機器等
【詳細情報】	配付資料，パワーポイント, word file. 各自の必携パソコンが中心． Stream/Teamsは状況に応じて使用予定
授業で取り入れる学習手法
予習・復習へのアドバイス	以下を復習しておくこと (1)-(2) 流体力学の復習, テーラー展開 (3)-(5) 常微分方程式，偏微分方程式 (6)-(7) 非圧縮性流体 (10)-(14) 圧縮性流体「計算機プログラミング」で既習の言語【Fortran90】・コンパイラを用いるので，コンパイル方法・使い方などを復習しておくこと．配布資料も予習・復習のために目を通しておくこと．図書館などでCFD関連図書を探してみるのも良い．
履修上の注意受講条件等	「計算機プログラミング」「流体力学I, II」「圧縮性流体力学」を履修していることが望ましい．必携PCにfortranコンパイラ、gnuplot等の作画ソフトをインストールしておくこと.
成績評価の基準等	演習等の平常点，およびレポート・期末試験等で総合的に判断し．60％以上で合格とする．
実務経験
実務経験の概要とそれに基づく授業内容
メッセージ	計算流体力学（Computational Fluid Dynamics : CFD）に限らず，数値計算はCAE（Computer Aided Engineering）の形で，様々な分野で研究開発（Research&Development）に用いられるので，本講義を通じて数値計算の基礎を理解してほしいと思います。
その他
すべての授業科目において，授業改善アンケートを実施していますので，回答に協力してください。回答に対しては教員からコメントを入力しており，今後の改善につなげていきます。

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