シラバス
| 授業科目名 | 年度 | 学期 | 開講曜日・時限 | 学部・研究科など | 担当教員 | 教員カナ氏名 | 配当年次 | 単位数 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 工業熱力学 | 2026 | 後期 | 水3 | 基幹理工学部／社会理工学部／先進理工学部／理工学部 | 櫻井 篤 | サクライ アツシ | 2年次配当 | 2 |
科目ナンバー
SS-FT2-4A13
履修条件・関連科目等
この科目を履修するにあたっては、流体力学Ⅰを履修すること。
授業で使用する言語
日本語
授業で使用する言語（その他の言語）
授業の概要
機械系分野の基礎となり、いわゆる４大力学の一つである熱力学は、エアコン・冷蔵庫・自動車エンジンなどの作動原理を理解するうえで不可欠であり、工学応用上極めて重要である。本科目では、熱力学の基本概念と第１法則を学ぶ。さらに、定常流動系のエネルギー式を通じてタービン・圧縮機などの基礎を扱う。理想気体の準静的過程とポリトロープ変化を学び、仕事と熱の関係を理解する。次に、カルノーサイクルを例に熱機関と熱効率を学んだ上で、エントロピーおよび熱力学第２法則（エントロピー増大の原理）を理解する。これらを基礎として、オットーサイクル等のガスサイクル、蒸気の状態変化とランキンサイクルを取り上げ、熱力学サイクルの評価方法を修得する。あわせてエクセルギーとエクセルギー効率を導入し、不可逆損失の観点から、熱力学の範囲にとどまらないエネルギー変換システム全体について考える力を養う。
科目目的
機械系学生に不可欠な四大力学の一つである工業熱力学を修得し、熱エネルギー変換機器の作動原理と性能評価の基礎を身に付けることを目的とする。熱力学第1・第2法則とエントロピーの理解を基盤に、理想気体の状態変化、定常流動系の解析、ガスサイクルおよびランキンサイクルの評価手法を習得する。あわせてエクセルギーに基づく不可逆損失の考え方を学び、エネルギー変換システムを俯瞰する力を養う。
到達目標
本科目を修了した学生は、以下を達成できる。
1. 熱力学における系・状態量・温度・熱平衡・内部エネルギー等の基本概念を説明できる。
2. 熱力学第1法則を用いて、閉じた系および定常流動系（タービン・圧縮機）のエネルギー収支を立式し、仕事・熱量・状態量変化を基礎的に計算できる。
3. 理想気体の準静的過程（等温・等積・等圧・断熱）およびポリトロープ変化について、状態方程式と基本式に基づき状態量・仕事・熱量を求められる。
4. エントロピーの定義と熱力学第2法則（エントロピー増大の原理）を説明し、不可逆性の有無を判断できる。
5. カルノーサイクルの理論限界を踏まえ、オットー・ディーゼル・サバテ・ブレイトン各サイクルを理想サイクルとしてモデル化し、熱効率を評価できる。
6. 蒸気表等を用いて蒸気の状態量を求め、ランキンサイクル（基本形・再熱）を基礎的に評価できるとともに、エクセルギー効率の観点からサイクル性能を考察できる。
授業計画と内容
第1回：教育目標との関係／基本概念（系・状態量・温度・熱平衡・内部エネルギー）
第2回：熱力学第1法則（閉じた系）、準静的過程、サイクルと正味仕事
第3回：エンタルピー、定常流動系のエネルギー式（タービン・圧縮機の基礎）
第4回：理想気体の状態方程式、理想気体の準静的過程（等温変化、等積変化）
第5回：理想気体の準静的過程（等圧変化、断熱変化）、ポリトロープ変化
第6回：熱機関・熱効率、カルノーサイクル
第7回：エントロピー
第8回：熱力学第２法則、エントロピー増大の原理
第9回：ガスサイクル（オットーサイクル、ディーゼルサイクル）
第10回：ガスサイクル（サバテサイクル、ブレイトンサイクル）
第11回：エクセルギー、エクセルギー効率
第12回：蒸気の状態変化
第13回：ランキンサイクル（基本形、再熱）
第14回：到達度評価
上記順番が講義の進行状況によっては若干入れ替わることもあります。
授業時間外の学修の内容
指定したテキストやレジュメを事前に読み込むこと／授業終了後の課題提出
授業時間外の学修の内容（その他の内容等）
事前に指示された講義内容について、指定教科書『JSMEテキストシリーズ 熱力学』の該当箇所を用いて1～2時間程度の予習を行うこと。講義終了後は、講義で使用したPowerPointスライドおよび配布資料を基に1～2時間程度の復習を行い、理解の定着を図ること。
授業時間外の学修に必要な時間数／週
・毎週１回の授業が半期（前期または後期）または通年で完結するもの。１週間あたり４時間の学修を基本とします。
・毎週２回の授業が半期（前期または後期）で完結するもの。１週間あたり８時間の学修を基本とします。
成績評価の方法・基準
| 種別 | 割合（％） | 評価基準 |
|---|---|---|
| 期末試験（到達度確認） | 100 | 講義最終週に実施する最終到達度確認の結果で評価 |
成績評価の方法・基準（備考）
説明した内容についての復習と次回講義の予習を十分に行うこと。最終講義で到達度評価を行い60点以上の点数を合格とする。
課題や試験のフィードバック方法
その他
課題や試験のフィードバック方法（その他の内容等）
試験・課題の結果に関する質問には、授業後等に個別に対応し、必要に応じて解説を行う。
アクティブ・ラーニングの実施内容
反転授業（教室の中で行う授業学習と課題などの授業外学習を入れ替えた学習形式）／グループワーク
アクティブ・ラーニングの実施内容（その他の内容等）
授業におけるICTの活用方法
その他
授業におけるICTの活用方法（その他の内容等）
授業中に、Googleフォームによるアンケート機能を用いて、学生の解答状況を把握しながら授業を進めていく。
実務経験のある教員による授業
いいえ
【実務経験有の場合】実務経験の内容
【実務経験有の場合】実務経験に関連する授業内容
テキスト・参考文献等
教科書：日本機械学会（編），『JSMEテキストシリーズ 熱力学』
その他特記事項