15616 - TERMOFLUIDODINAMICA APPLICATA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente conosce le nozioni fondamentali sulla fluidodinamica e la trasmissione del calore e sa applicare le tecniche analitiche e numeriche per la soluzione dei problemi di maggiore interesse per l'Ingegneria Meccanica.

Contenuti

- Riepilogo concetti fondamentali. Scalari, vettori, tensori. Operatori differenziali. Notazione di Einstein. Sistemi di riferimento. Equazioni differenziali alle derivate parziali e condizioni al contorno di differenti tipi. Equazioni di bilancio. Bilancio della massa. Bilancio della quantità di moto. Bilancio dell’energia.

- Riepilogo generalità conduzione. Legge di Fourier. Conducibilità termica. Linee isoterme. Equazione del calore nei diversi sistemi di coordinate. Condizioni iniziali e al contorno.

- Conduzione stazionaria senza generazione interna per diversi tipi di geometrie: lastra piana, cilindro, sfera. Conduzione monodimensionale con generazione. Conduzione bidimensionale stazionaria. Metodo di soluzione per separazione delle variabili. Introduzione ai problemi non stazionari.

- Conduzione non stazionaria. Modello a parametri concentrati, forma semplificata. Numero di Biot e numero di Fourier. Modello a parametri concentrati. Forma generalizzata. Esempi di casi risolubili.

- Conduzione non stazionaria monodimensionale in geometria piana, cilindrica e sferica. Forme semplificate e loro campo di applicazione.

- Conduzione non stazionaria monodimensionale in mezzo semi-infinito. Casi. Variabile di similitudine. Soluzione e impiego per descrivere lo scambio a numeri di Fourier bassi. Conduzione non stazionaria in mezzi semi-infiniti: particolarità.

- Riepilogo generalità convezione. Strato limite di quantità di moto, termico e di concentrazione. Coefficienti di trasporto locali e medi. Equazioni dello strato limite. Strato limite dinamico. Numero di Reynolds. Adimensionalizzazione. Strato limite termico. Equazioni dello strato limite. Forme funzionali delle soluzioni per lo strato limite. Significato dei raggruppamenti adimensionali. Analogia tra i tipi di trasporto: scambio termico e di specie, analogia di Reynolds Analogia di Chilton-Colburn.

- Flussi convettivi forzati esterni. Metodo empirico per il computo dei coefficienti di trasporto. Metodo analitico. Lastra piana isoflusso: regime laminare e turbolento. Cilindro. Sfera. Correlazioni empiriche per flussi esterni.

- Flussi forzati interni. Regione di sviluppo termoidraulico. Lunghezza di mescolamento. Temperatura di mescolamento. Problema di Graetz. Correlazioni per lo scambio termico convettivo interno in regime laminare e turbolento.

- Convezione naturale. Equazioni dello strato limite. Raggruppamenti adimensionali. Lastre piane inclinate e orizzontali. Cilindri.

- Scambiatori di calore: Generalità. Bilanci energetici. Metodo del salto termico medio logaritmico. Scambiatori di calore. Metodo epsilon-NTU. Portata termica oraria. Flussi bilanciati. Casi particolari. Problemi di dimensionamento e verifica.

- Riepilogo generalità irraggiamento. Emissione. Potere emissivo. Irradiazione. Radiosità. Corpo nero. Distribuzione di Planck. Legge di Stefan-Boltzmann. Legge di Wien. Funzione di distribuzione cumulata del potere emissivo. Irraggiamento. Proprietà superficiali. Emissività. Coefficiente di assorbimento. Legge di Kirchhoff.

- Scambio termico per irraggiamento tra superfici. Corpi grigi. Corpi lambertiani. Fattori di forma e regole per il loro calcolo. Schermi alla radiazione. Superfici reirradianti.

Testi/Bibliografia

Il testo di riferimento del corso è:

Incropera, DeWitt, Bergman, Lavine Principles of Heat and Mass Transfer, 7th Ed. International Student Version. Wiley 2011.

Il materiale presentato verrà digitalizzato e reso disponibile immediatamente dopo ogni lezione. 

Metodi didattici

Il corso si compone di 60 ore di lezioni frontali svolte alla lavagna, affiancate dalla discussione e risoluzione di problemi numerici.

Saranno anche presentate e discusse procedure di risoluzione di problemi utilizzando codici numerici programmati in MATLAB.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L’esame del corso si compone di una prova scritta e di un colloquio orale.

La prova scritta consiste nella soluzione numerica di un problema, costruito sul modello degli esercizi svolti e discussi a lezione. La durata massima della prova scritta e di 90 minuti.

La prova orale consiste nella discussione di un argomento del corso estratto a sorte da una lista di 20 possibili argomenti che verrà resa disponinbile alla fine del corso.

Il voto finale viene calcolato come somma del voto di scritto e orale

Strumenti a supporto della didattica

Lavagne digitalizzate del materiale presentato a lezione.

Tabelle termodinamiche e diagrammi necessari per la risoluzione degli esercizi.

Script dei codici MATLAB utilizzati nella risoluzione dei problemi numerici.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Massimiliano Rossi