17323 - FISICA TECNICA L-A

Conoscenze e abilità da conseguire

L'Insegnamento si propone di fornire le nozioni e le metodologie di base della termodinamica applicata, della fluidodinamica e della trasmissione del calore al fine di consentire un avvicinamento ragionato e consapevole all'analisi energetica dei sistemi, allo studio del moto dei fluidi ed ai problemi di scambio termico.

Principali conoscenze propedeutiche.

Per seguire con profitto il Corso, si ritiene indispensabile che lo studente sia in grado di:

• operare sui numeri reali e con i logaritmi;
• utilizzare la nozione di limite di una funzione;
• utilizzare gli operatori scalari e vettoriali;
• eseguire le operazioni di derivazione ed integrazione delle funzioni;
• risolvere sistemi di equazioni alle derivate ordinarie e alle derivate parziali;
• utilizzare l'algebra simbolica;
• operare con sistemi di riferimento cartesiani ortogonali e cilindrici;
• utilizzare i principi fondamentali della Meccanica;
• utilizzare il Sistema Internazionale di unità di misura;
• operare in ambito grafico in accordo con le norme del disegno tecnico.

Obiettivi.

Al termine del Corso, lo studente deve essere in grado di:

• impostare e risolvere problemi di analisi energetica di sistemi termodinamici;
• impostare e risolvere problemi di moto di fluidi newtoniani in condotti, in regime laminare e turbolento, anche in presenza di apparati meccanici;
• impostare la risoluzione di problemi di moto di fluidi non newtoniani;
• impostare e risolvere problemi di conduzione stazionaria in mezzi fourieriani, in geometria piana o cilindrica, anche in presenza di fenomeni di generazione interna di calore;
• impostare la risoluzione di problemi di conduzione stazionaria in mezzi fourieriani con conducibilità termica funzione della temperatura;
• impostare e risolvere semplici problemi di convezione;
• impostare e risolvere semplici problemi di irraggiamento;
• impostare e risolvere semplici problemi composti di scambio termico, in geometria piana e cilindrica.

Contenuti

Termodinamica Applicata

Generalità e definizioni - Primo principio e proprietà energia - Secondo principio - Temperatura termodinamica - Disuguaglianza di Clausius - Proprietà entropia - Principio di non diminuzione dell'entropia - Sistemi semplici - Equazione di Gibbs - Regola delle fasi - Bilancio di energia per un volume di controllo - Sistemi semplici chiusi monocomponenti - Calori specifici - Equazione di stato e diagrammi {p,T}, {p,v} - Gas ideali: legge di Joule; variazioni di energia interna, entalpia ed entropia - Proprietà dei liquidi (cenni) - Proprietà dei vapori saturi -Equazione di Clapeyron - Proprietà dei vapori surriscaldati e dei gas reali (cenni) - Diagramma termodinamico {T,s}.

Fluidodinamica

Definizioni elementari - Regime laminare e turbolento - Strato limite dinamico - Viscosità - Fluidi newtoniani e non newtoniani - Tensioni in un fluido in moto - Derivata locale e derivata sostanziale - Equazioni fondamentali del moto isotermo: equazione di continuità ed equazione vettoriale di Navier - Casi semplici di moto laminare - Moto isotermo di fluidi in condotti: equazioni integrali - Perdite di carico - Fattore di attrito - Diagramma di Moody - Condotti nei quali sono inserite macchine: prevalenza - Misure di pressione, velocità e portata (cenni).

Trasmissione del calore

Conduzione: Legge di Fourier - Equazione di Fourier - Casi semplici di conduzione stazionaria in geometria piana e cilindrica - Resistenza termica; resistenze termiche in serie e in parallelo - Conduzione stazionaria con generazione di calore.

Convezione: Distinzione fra convezione forzata, naturale e mista - Equazioni fondamentali del moto non isotermo - Coefficiente di convezione e numero di Nusselt - Adimensionalizzazione delle equazioni e relazione Nu = Nu (Re, Gr, Pr) in convezione mista - Strato limite termico - Convezione forzata: dipendenza Nu = Nu (Re, Pr), casi particolari, esempi - Convezione naturale: dipendenza Nu = Nu (Gr, Pr), casi particolari, esempi.

Irraggiamento termico: Generalità e definizioni - Leggi di Kirchhoff, di Stefan-Boltzmann, di Planck, del regresso di Wien, di Lambert - Corpo grigio - Scambi di energia per irraggiamento fra corpi neri e grigi.

Problemi composti di scambio termico: Generalità - Resistenza termica globale e coefficiente globale di scambio termico.

Testi/Bibliografia

Per la preparazione all'esame è sufficiente fare riferimento agli appunti presi a lezione e all'eventuale materiale fornito dal docente. Per l'approfondimento di particolari argomenti o per lo studio autonomo, si consigliano i seguenti testi.

Testi consigliati e di consultazione :
1- Zanchini E., Termodinamica, Pitagora, Bologna, 1993.

2- Çengel Y. A., Termodinamica e trasmissione del calore, McGraw-Hill, Milano, 1999.

3- Cocchi A., Elementi di termofisica generale ed applicata, Progetto Leonardo, Società Editrice Esculapio, Bologna, 1990.

4- Esercizi di Fisica Tecnica, Volumi 1-10, Libreria Editoriale Petroni, Bologna.

5- Pnueli D., Gutfinger C., Meccanica dei fluidi, Zanichelli, 1995.

6- Fabbri G., Fluidodinamica applicata - 50 esercizi svolti, Progetto Leonardo, Esculapio, 1999.

7- Lazzari S., Pulvirenti B., Rossi di Schio E., Esercizi risolti di Termodinamica, Moto dei Fluidi e Termocinetica per i nuovi Corsi di Laurea in Ingegneria, Esculapio, 2006 (seconda edizione).

Metodi didattici

Esercitazioni.

Il Corso prevede esercitazioni volte sia all’applicazione delle nozioni teoriche fornite a lezione che all’approfondimento di alcuni aspetti teorici.

 

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame consiste in una prova scritta, su temi di carattere sia teorico che applicativo, e in una successiva prova orale.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Stefano Lazzari