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書籍詳細

  事例・演習でよくわかる水理学
- 基本をイメージして理解しよう -

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篠田成郎 岐阜大教授 博士(工学) 著

藤田一郎 神戸大教授 学術博 著

児島利治 岐阜大准教授 博士(工学) 著

寶馨 京大教授 工博 著

… 著者ホームページです

発行年月日:2015/10/13 , 判 型: B5,  ページ数:192頁

ISBN:978-4-339-05246-6,  定 価:3,240円 (本体3,000円+税)

ジャンル:

実際の流れを例として,水理学を構成する基本的な考え方を視覚的・直感的にわかりやすく説明し,全体をイメージしながら学べるものとした。水理学に馴染んでもらうためのコラムも多く設け,章末には充実した演習問題を掲載した。

各章の演習問題の解答です。

【目次】

【基礎編】
1. 水理学を学ぶ目的 ─水理学の対象を理解する─
1.1 身近な水の流れ
1.2 流れの具体例と保存則
 1.2.1 質量保存則
【基礎編】
1. 水理学を学ぶ目的 ─水理学の対象を理解する─
1.1 身近な水の流れ
1.2 流れの具体例と保存則
 1.2.1 質量保存則
 1.2.2 流量の定義と連続式
 1.2.3 エネルギー保存則
 1.2.4 質量保存則とエネルギー保存則の連立
1.3 水の性質
 1.3.1 圧縮性
 1.3.2 粘性
1.4 流れの表現方法
 1.4.1 連続体の運動
 1.4.2 ラグランジュ表示と流跡線
 1.4.3 オイラー表示と流線
 1.4.4 流体力学的微分
演習問題

2. 流れの基礎理論 ─水理学を構成する理論体系をイメージ化する─
2.1 質点系力学と水理学との対比
 2.1.1 流体解析における対象領域の考え方
 2.1.2 質量の捉え方
 2.1.3 力の釣合い
 2.1.4 運動量保存
 2.1.5 エネルギーと水頭
2.2 質量保存則と連続式
 2.2.1 流体素分内の質量収支による連続式の導出
 2.2.2 連続式の意味
 2.2.3 1次元流れの連続式
2.3 オイラーの運動方程式による完全流体の運動の記述
 2.3.1 流体素分に作用する力の釣合いによるオイラーの運動方程式の導出
 2.3.2 オイラーの運動方程式の意味
 2.3.3 オイラーの運動方程式の体積積分による運動量方程式の導出
2.4 ベルヌーイの定理による損失を無視した流れの記述
 2.4.1 オイラーの運動方程式の積分によるベルヌーイの定理の導出
 2.4.2 ベルヌーイの定理の適用条件
 2.4.3 ベルヌーイの定理の各項の意味とエネルギー保存則との関係
2.5 オイラーの運動方程式,運動量方程式,ベルヌーイの定理の相互関係
演習問題

3. 静止流体の力学 ─流れの基礎式の応用として静水力学の原理を理解する─
3.1 オイラーの運動方程式による静水圧の表現
 3.1.1 オイラーの運動方程式による静水圧の基礎式の導出
 3.1.2 積分定数p0の意味とゲージ圧
 3.1.3 マノメーター
3.2 壁面に作用する静水圧
 3.2.1 平面に作用する全水圧とその作用点位置
 3.2.2 曲面に作用する全水圧とその作用点位置
 3.2.3 圧力と浮力─アルキメデスの原理─
3.3 浮力と浮体の安定
 3.3.1 重力と浮力の釣合い
 3.3.2 転倒モーメントと復元モーメント
 3.3.3 浮体の傾きに関する安定条件式
3.4 相対的静止
 3.4.1 オイラーの運動方程式による水圧の表示
 3.4.2 水面形の計算
演習問題

4. 基本的な流れの解析法 ─流れの基礎的な解き方を理解する─
4.1 連続式とベルヌーイの定理による解析
 4.1.1 ピエゾ水頭と動水勾配
 4.1.2 ベルヌーイの定理の応用例
  〔1〕 応用例1:ピエゾ水頭差による流速・流量の算出
  〔2〕 応用例2:オリフィスによる流速・流量の算出
  〔3〕 応用例3:水圧分布の算出
4.2 運動量方程式による流体力の解析
 4.2.1 1次元流れにおける運動量の表現方法
 4.2.2 流体力の計算例
  〔1〕 応用例1:流れの断面積が変化することによる流体力の算出
  〔2〕 応用例2:流れが壁面に衝突することによる流体力の算出
  〔3〕 応用例3:流れの方向が変化することによる流体力の算出
4.3 ポテンシャル解析法による流れのイメージ化
 4.3.1 流れの全体像を把握する方法
 4.3.2 速度ポテンシャルの導入
 4.3.3 流れ関数と流線
 4.3.4 コーシー・リーマンの関係式とポテンシャル流れの解析例
 4.3.5 複素速度ポテンシャルと複素速度の導入
 4.3.6 複素速度ポテンシャルを用いたポテンシャル流れの解析例
演習問題

【応用編】
5. 粘性流体の運動 ─実際の流体における性質を理解する─
5.1 実際の流れの解析における基本的なアプローチの考え方
 5.1.1 粘性応力の表現
 5.1.2 粘性流体の運動方程式 ─ナビエ・ストークス方程式─
 5.1.3 ナビエ・ストークス方程式による解析法の基本的な考え方
5.2 層流と乱流
 5.2.1 レイノルズの実験
 5.2.2 層流と乱流の発生メカニズム
 5.2.3 ナビエ・ストークス方程式によるレイノルズ数の定義
 5.2.4 層流と乱流の相違
  〔1〕 流速分布の違い
  〔2〕 圧力降下量の違い
5.3 ナビエ・ストークス方程式の層流解析解
 5.3.1 粘性流体に関する運動方程式の扱いとその解析解
 5.3.2 簡単な層流の場合の解析手順
 5.3.3 ナビエ・ストークス方程式の層流解析解の例
5.4 乱流の性質と扱い方
 5.4.1 不規則過程としての乱流の記述方法
 5.4.2 平均流に関する乱流の基礎式
  〔1〕 平均流に関する連続式
  〔2〕 平均流に関する運動方程式 ─レイノルズ方程式の導出
 5.4.3 乱れの輸送モデル
 5.4.4 乱流の流速分布
  〔1〕 開水路乱流に関するレイノルズ方程式の解析解
  〔2〕 粘性底層
5.5 粘性流体の1次元解析法
 5.5.1 断面平均流速
 5.5.2 連 続 式
 5.5.3 運動方程式
演習問題

6. 管路の定常流 ─管路流れの性質と解析法を理解する─
6.1 管路流れの基礎式
6.2 エネルギー損失
 6.2.1 損失水頭とエネルギー勾配
 6.2.2 摩擦損失
 6.2.3 形状損失
  〔1〕 流入による損失
  〔2〕 流出による損失
  〔3〕 曲り・屈折による損失
  〔4〕 断面変化による損失
   a)急拡による損失
   b)急縮による損失
  〔5〕 弁による損失
 6.2.4 平均流速公式
6.3 管路流れの解析法
 6.3.1 単線管路
 6.3.2 サイホン
 6.3.3 水車とポンプ
 6.3.4 枝状管路
 6.3.5 管網
演習問題

7. 開水路の定常流 ─水路や河川での流れの解析法を理解する─
7.1 開水路流れの分類
7.2 開水路流れの基礎式
7.3 等流
 7.3.1 等流状態における力の釣合い
 7.3.2 等流の計算
 7.3.3 水理学的有利断面
7.4 常流と射流
 7.4.1 比エネルギーと限界水深
 7.4.2 フルード数
 7.4.3 流れの遷移と水面形
 7.4.4 跳水と比力
 7.4.5 堰を越える流れ
  〔1〕 全幅堰
  〔2〕 四角堰
  〔3〕 三角堰
 7.4.6 衝撃波
7.5 不等流(漸変流)
 7.5.1 不等流の基礎式
 7.5.2 限界勾配
 7.5.3 不等流水面形の概形
  〔1〕 不等流水面形の基本形
   a)緩勾配水路    
   b)急勾配水路
   c)限界勾配水路  
   d)水平勾配水路 
   e)逆勾配水路
  〔2〕 堰を含む水路での水面形
  〔3〕 ゲートを含む水路での水面形
演習問題

【付録】
A. 次元解析
A.1 単位系と次元
 A.1.1 工学単位系と国際単位系(SI単位系)
 A.1.2 次元
A.2 次元解析
A.3 相似則
 A.3.1 相似条件
 A.3.2 レイノルズの相似則
 A.3.3 フルードの相似則
B. 水理学で必要となる数学
B.1 常微分・偏微分と全微分
 B.1.1 常微分
 B.1.2 偏微分
 B.1.3 全微分
B.2 テイラー展開
B.3 部分積分とグリーン・ガウスの定理
 B.3.1 式(2.36)の部分積分に関する説明
 B.3.2 グリーン・ガウスの定理
B.4 ベクトル演算子
 B.4.1 ベクトル場の発散
 B.4.2 ベクトル場の回転
B.5 複素数の基礎
 B.5.1 虚数単位と複素数
 B.5.2 複素平面
 B.5.3 オイラーの公式

索引


コラム
 水道橋
 ニュートン流体と非ニュートン流体
 水理学をつくった人たち:ニュートン
 土砂や流木の流れ
 水理学をつくった人たち:オイラー
 大気圧
 水理学をつくった人たち:ベルヌーイ
 洪水時における下水道マンホールの吹上がり現象
 振り子による二つの球の衝突時の挙動
 水理学をつくった人たち:レイノルズ
 流速の鉛直分布に対する平均流速の算定法 (1点法と2点法)
 滑面と粗面における乱流の流速分布
 水理学と水力学の違い
 水撃作用と音
 サイホンが使われている実例
 開水路流れの実際への応用
 斜面上の流れと流出解析
 なぜ水位でなく流量を使うのか
 画像で流量を計る

在庫は時期によりまして変動することがございますので、ご了承ください。