熱流体系出前授業教材と動画コンテンツの開発

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研究目的遊戯性のある教材を用いた出前授業などは、小中学生に日頃授業では得られない内容を体験させるものであり、専門分野の内容や科学技術への興味を喚起させるために重要である。本研究は、手軽に楽しくものづくり体験できるアルコールロケット教材及びその飛行メカニズムを視覚的に捉えられるような動画コンテンツの開発し、教材の評価・検証を行った。研究方法アルコールロケット本体は、アルミボトル缶を利用した専用型紙を用意することで誰でも製作できるものとし、発射装置は支持部、角度調節部及び点火部で構成して製作した。これらを開発後、打ち上げ角度や燃料量などの最適条件及び安全性を確認するために予備実験を行った。ロケット模型の迎角及びレイノルズ数を変化させて可視化実験を行い、撮影した画像をPC上で編集し、ロケットに作用する流体力のメカニズムを工学的な観点から捉えられるような動画コンテンツを作成した。研究成果アルコールロケット教材の予備実験を行い、打ち上げ角度、噴霧量や気化促進法などの安全性を考慮した最適飛行条件を導出することにより、教材として十分に実用できる結果が得られた。可視化実験において、模型表面に形成される限界流線は迎角の増加とともに1次剥離線は模型腹側へ、2次剥離線は模型先端側へ移動し、尾翼には剥離を打ち消す効果があることが分かった。また、模型背後に生じる剥離渦は大迎角になるに従い、肥大しながら渦核が物体壁面より離れた位置にでき、60゜を超えると左右非対称になることが分かった。これらの結果より、限界流線や渦が流体力として物体に影響を及ぼすことが分かり、その飛行メカニズムや生成プロセスを理論的に学習できるコンテンツを作成できた。本研究で開発したアルコールロケット教材システムは、打ち上げ条件や手順、コンテンツの豊富さなど改善すべき点もあるが、出前授業教材として高い可能性を有しており、新たな教材として実用可能となった。