ANNARITA VIGGIANO | TERMOFLUIDODINAMICA DELLE MACCHINE
TERMOFLUIDODINAMICA DELLE MACCHINE | |
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SCUOLA di INGEGNERIA | |
Laurea Magistrale | |
INGEGNERIA MECCANICA | |
9 |
CFU | Ore | Ciclo | Docente | ||||
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1 | TERMOFLUIDODINAMICA DELLE MACCHINE | ||||||
9 | 81 | Secondo Semestre | VIGGIANO ANNARITA |
Lingua insegnamento | Italiano |
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Obiettivi formativi e risultati di apprendimento | Conoscenza e capacità di comprensione: Lo scopo dell’insegnamento consiste nel trasferire allo studente conoscenze teoriche avanzate relative alla termo-fluidodinamica applicata e le nozioni relative alla termo-fluidodinamica computazionale e al suo ruolo nella progettazione, nello studio e nella ottimizzazione del funzionamento dei sistemi propulsivi ed energetici e delle macchine a fluido. Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Al termine del corso, gli studenti saranno in grado di utilizzare strumenti avanzati di progettazione ed analisi al calcolatore, sia “open source” che commerciali, di scegliere i modelli matematici più adatti alla progettazione dello specifico componente e i metodi numerici per la soluzione dei modelli. Autonomia di giudizio: Al termine del corso, gli studenti saranno in grado di analizzare e risolvere con senso critico problemi relativi alla progettazione termo-fluidodinamica di componenti meccanici con l’ausilio del calcolatore. Abilità comunicative: Ciascuno studente sarà capace di commentare un elaborato progettuale, descrivendo le caratteristiche principali e approfondendo gli aspetti tecnici specifici a cui un potenziale interlocutore dovesse essere interessato. Sarà, inoltre, in grado di comunicare e discutere in merito ai contenuti delle lezioni sia con altri ingegneri meccanici esperti del settore sia con interlocutori meno esperti. Capacità di apprendimento: A partire dalle conoscenze ed abilità acquisite durante il corso, gli studenti saranno in grado durante la loro vita professionale di approfondire aspetti specifici e di tenersi aggiornati autonomamente sui progressi di un settore in continua e rapida evoluzione come quello della progettazione al calcolatore. |
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Prerequisiti | Per la corretta comprensione dei contenuti del corso è necessario aver acquisito le conoscenze di base relative alle macchine a fluido. |
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Contenuti del corso | Modelli matematici per lo studio di flussi turbolenti e reagenti (41 ore) Schemi numerici per la termo-fluidodinamica computazionale (18 ore) Applicazioni alla progettazione e allo studio di sistemi a fluido: esercitazioni al calcolatore (22 ore) |
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Programma esteso | Modelli matematici per lo studio di flussi turbolenti e reagenti (41 ore) Richiami di fluidodinamica: equazioni di conservazione. Flussi incomprimibili e comprimibili. Flussi reagenti in miscele multicomponente. Introduzione alla turbolenza. Cascata dell'energia e dissipazione alle piccole scale. Teoria dell'equilibrio universale di Kolmogorov. Scale di Kolmogorov. Simulazione Numerica Diretta della turbolenza. Equazioni di Navier-Stokes mediate alla Reynolds. Modelli di turbolenza: modelli algebrici; modello di Prandtl a una equazione; modelli a due equazioni. Equazioni mediate alla Favre. Cenni alle tecniche LES e DES. Termo-fluidodinamica nelle camere di combustione. Interazione turbolenza-combustione. Schemi numerici per la termo-fluidodinamica computazionale (18 ore) Fluidodinamica numerica. Classificazione delle PDE. Problemi all’equilibrio e “marching problems”. Metodi alle differenze finite. Definizione di accuratezza di uno schema numerico. Consistenza di uno schema numerico. Condizione di stabilità: analisi di von Neumann, errore di amplificazione e sua rappresentazione nel diagramma polare. Equazione modificata: errore di dissipazione, dispersione, diffusione. Definizione di convergenza: teorema di equivalenza di Lax. Applicazione degli schemi numerici alle equazioni modello: equazione dell’onda, equazione del calore, equazione di Laplace. Metodi ai volumi finiti. Scelta della griglia di calcolo, condizioni iniziali e al contorno. Applicazioni alla progettazione e allo studio di sistemi a fluido: esercitazioni al calcolatore (22 ore) CFD. Esercitazioni al calcolatore mediante l’utilizzo di software “open source”. |
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Metodi didattici | Il corso prevede 59 ore di lezioni in aula, comprensive di lezioni teoriche ed esercitazioni, e 22 ore di esercitazioni guidate al calcolatore. |
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Modalità di verifica dell'apprendimento | La prova di esame è costituita dall’elaborazione di un progetto e da una prova orale. Nell’elaborazione del progetto viene richiesto allo studente di applicare le conoscenze teoriche e le abilità acquisite al calcolatore durante lo svolgimento delle lezioni per progettare, analizzare ed ottimizzare un componente di un sistema a fluido. Il progetto è di norma sviluppato da un gruppo di studenti e deve essere consegnato una settimana prima della prova orale. Ciascuno studente discuterà il progetto durante la prova orale. Durante tale prova vengono, inoltre, verificate le conoscenze e le abilità acquisite dallo studente, nonché la sua capacità di risolvere problemi in maniera autonoma. Il voto complessivo terrà conto di tutte le fasi della prova di esame. |
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Testi di riferimento e di approfondimento, materiale didattico Online | Dispense fornite dal docente e disponibili sul sito http://docenti.unibas.it/site/home/docente.html?m=004204 J.C. Tannehill, D. A. Anderson, R. H. Pletcher, Computational Fluid Mechanics and Heat Transfer, Taylor & Francis, 1997. Testi di approfondimento: 1. D.C. Wilcox, Turbulence Modeling for CFD, Dcw Industries, 2006 (modelli di turbolenza) 2. J.D. Anderson, Modern Compressible Flow: with Historical Perspective, McGraw-Hill, New York, 2002 (fluidodinamica) 3. J.B. Heywood, Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw–Hill, New York, 1988 (motori a combustione interna) |
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Metodi e modalità di gestione dei rapporti con gli studenti | Tutte le informazioni relative all’insegnamento e alle modalità di verifica dell’apprendimento, nonché le modalità per contattare il docente, vengono fornite agli studenti durante la prima lezione e rese disponibili sul sito web del docente. L’orario e la sede di ricevimento sono consultabili al link: http://docenti.unibas.it/site/home/docente.html?m=004204 |
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Date di esame previste | 03/02/2021; 03/03/2021; 07/04/2021; 05/05/2021; 03/06/2021; 14/07/2021; 29/09/2021; 20/10/2021; 24/11/2021 |
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Seminari di esperti esterni | Si prevede di organizzare un seminario di approfondimento sugli argomenti dell'insegnamento. |
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