Docente

prof. Carlo NONINO

Crediti

12 CFU

Lingua

Italiano

Obiettivi formativi specifici

Il corso intende fornire agli allievi ingegneri meccanici conoscenze che vanno a completare quelle impartite nei corsi di Termodinamica applicata e Trasmissione del calore. In particolare, vengono trattati argomenti quali il deflusso dei fluidi comprimibili (isoentropico, adiabatico con attrito, senza attrito ma con scambio termico, onde d'urto) e il dimensionamento degli scambiatori di calore. Inoltre, il corso intende fornire le nozioni teorico-pratiche di base necessarie per l'utilizzo dei codici di calcolo nella soluzione numerica di problemi pratici di deflusso di fluidi e di scambio termico per convezione. In particolare, vengono illustrati i fondamenti del metodo dei volumi finiti e di quello degli elementi finiti con riferimento alle applicazioni di termofluidodinamica.

Competenze acquisite

- Analisi del moto dei fluidi comprimibili in deflussi isoentropici, con attrito e con scambio termico.
- Analisi di fenomeni di urto elementari.
- Conoscenza delle principali tipologie di scambiatori di calore.
- Metodi di dimensionamento e verifica degli scambiatori a fascio tubiero.
- Nozioni fondamentali sui metodi di soluzione ai volumi finiti.
- Nozioni fondamentali sui metodi di soluzione agli elementi finiti.
- Capacità di utilizzo di un codice di calcolo per la soluzione di problemi di termofluidodinamica

Programma

Introduzione alla gasdinamica: equazioni fondamentali per il moto monodimensionale; velocità del suono e numero di Mach;  grandezze di ristagno; moto adiabatico; velocità critica e numero di Mach critico (5 ore).
Onde d'urto normali e oblique: equazione di Prandtl e Meyer; relazione fra parametri a monte e valle dell'onda d'urto; onde oblique di compressione e onde isoentropiche di espansione (10 ore).
Moto isoentropico nei condotti: equazione di Hugoniot; ugelli e diffusori; stato critico; ugello convergente; ugello convergente-divergente (8 ore).
Moto di Fanno e moto di Rayleigh: linea di Fanno; evoluzione del moto di Fanno; parametro limite d'attrito. Linea di Rayleigh; evoluzione del moto di Rayleigh; massima quantità di calore scambiabile (6 ore).
Tipi di scambiatori di calore: scambiatori a tubi concentrici; refrigeratori ad aria; batterie alettate; scambiatori a piastre; condensatori e ribollitori; tubi di calore; recuperatori e rigeneratori; torri evaporative; scambiatori a fascio tubiero (5 ore).
Analisi degli scambiatori a fascio tubero: morfologie costruttive; passaggi multipli; differenza di temperatura media efficace; fattore di correzione; efficienza; NTU (8 ore).
Dimensionamento degli scambiatori a fascio tubero: metodo di Kern; metodo Bell-Delaware; numero di tubi; velocità economiche; numero di passaggi; numero di diaframmi; dimensioni dello scambiatore (14 ore).
Richiami di termofluidodinamica: equazione di conservazione della massa; equazione di conservazione dell'energia; equazioni di conservazione della quantità di moto; equazione generale di trasporto (9 ore).
Metodo delle differenze finite (cenni): discretizzazione del dominio; approssimazione delle derivate; errore di troncamento (5 ore).
Metodo dei volumi di finiti: griglie di calcolo; discretizzazione spaziale; integrali di volume e di superficie; tecniche di interpolazione;  algoritmi di integrazione temporale a due livelli; stabilità (12 ore).
Metodi di soluzione dei sistemi di equazioni lineari: metodi diretti; metodi iterativi (4 ore).
Soluzione delle equazioni di Navier-Stokes: metodi accoppiati; metodi segregati; disposizione delle variabili sulla griglia (6 ore).
Metodo degli elementi finiti: funzioni di forma e  di pesata; formule di Green; metodo di Galerkin; assembly; integrazione nel tempo; trasformazione isoparametrica; integrazione numerica (10 ore).
Esercitazioni (10 ore).
Laboratorio (14 ore).

Bibliografia

- Appunti delle lezioni e materiale fornito dal docente
- G. Comini, G. Croce, E. Nobile (a cura di), Fondamenti di Termofluidodinamica Computazionale, SGEditoriali, Padova, 2008

Modalità d'esame

prova scritta