29897 - FLUIDODINAMICA T

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente ha acquisito le conoscenze necessarie per esaminare, in termini operativi, vari aspetti del trasporto di fluidi compressibili e incompressibili, effettuando anche la scelta degli apparati a ciò necessari. Ha inoltre acquisito familiarità con gli aspetti di base della meccanica dei fluidi.

Contenuti

Conoscenze in ingresso:

Conoscenze matematiche: Metodi di integrazione e derivazione, equazioni differenziali ordinarie, algebra matriciale, calcolo vettoriale e tensoriale, trigonometria.
Conoscenze fisiche: grandezze fisiche di natura meccanica (forza, accelerazione, velocità, pressione, etc..) e loro rappresentazione, vettori e operazioni coi vettori. 
Conoscenze termodinamiche: bilancio di materia e di energia per una sostanza pura, equazione di stato dei gas perfetti, processi isotermici e adiabatici.
Analisi Numerica.

1. Analisi dimensionale

Dimensioni e sistemi di unità di misura. Omogeneità dimensionale delle relazioni fisiche. Il teorema di Buckingham. I Passaggi dell'analisi dimensionale (Metodo di Kelvin). Analisi dimensionale come metodologia di scale-up e come metodo per valutare gli ordini di grandezza di fenomeni fisici simultanei.

2. Bilancio integrale di quantità di moto
Bilancio della quantità di moto in condizioni stazionarie: a) Eiettori; b) Reazioni Vincolari: forza esercitata da fluidi in moto su superfici solide ed elementi di riduzione, su curve, sulle pale di una turbina Pelton, su sbarramenti idraulici; c) Propulsione stazionaria: razzi, scie.
Bilancio di q.d.m in condizioni non stazionarie:Carrello colpito da un getto fluido in moto accelerato; Razzo non stazionario.
Bilancio del momento della quantità di moto. Esempio: l'incidente di Flixborough.

3. Fluidostatica
Forze agenti su una particella di fluido, tensore degli sforzi in un fluido in moto e in quiete. La pressione e la distribuzione della pressione in un fluido incomprimibile immerso in un campo gravitazionale (idrostatica): legge di Stevino. Distribuzione della pressione in un fluido incomprimibile immerso in un campo gravitazionale soggetto a un moto d'insieme uniformemente accelerato. Distribuzione della pressione in un fluido comprimibile (aria) in condizioni isoterme e adiabatiche, e applicazione alla stabilità atmosferica.
Manometri: a tubo a U, “a serbatoio”, inclinato, differenziale a 2 fluidi. Altri dispositivi contenenti fluidi in quiete: guardia idraulica.
Cenni sulla tensione superficiale: angolo di contatto, risalita capillare.
Principio di Archimede- forza di galleggiamento (buoyant force), equilibrio di corpi immersi, cenni sulla stabilità dell'equilibrio. Forza esercitata su superfici solide piane da fluidi in quiete.

4. Il Bilancio Locale Di Quantità Di Moto
Cenni di cinematica del mezzo continuo; Descrizione Lagrangiana ed Euleriana del moto; derivata locale e derivata sostanziale.
Bilancio locale di quantità di moto; equazione di Eulero; espressione per la velocità di deformazione; espressione del tensore degli sforzi per fluidi newtoniani.
Equazione di Navier-Stokes: soluzione per moti aventi termini inerziali nulli (laminari).
Moto di Couette piano. Moto di Poiseuille piano e cilindrico.
Viscosità; fluidi Non Newtoniani: fluidi di Bingham, pseudoplastici, dilatanti, viscosimetro rotazionale “cup and bob”. Moto di Poiseuille cilindrico per un fluido di Bingham

5. Moto interno a condotte
Analisi dimensionale per lo sforzo viscoso nel moto interno a condotte. Il numero di Reynolds e il suo legame col regime di moto. Regime laminare e di Stokes.
Regime turbolento, tubi scabri: equazione di Colebrook, diagramma di Moody.
Correlazione di Churchill.
Correlazione di Dodge e Metzner per fluidi non newtoniani (indipendenti dal tempo).
Bilancio integrale di qdm per una corrente monodimensionale, equazione di Bernoulli, teorema generalizzato di Bernoulli. Perdite di carico distribuite e concentrate.
Caratteristiche dei tubi: diametro nominale, numero di schedula (Sch), diametri commerciali per tubi, scabrezza.
Problemi di progetto e verifica di condotte.
Reti di Condotte.
Condotte altimetriche: linea dei carichi.
Misuratori di portata: venturimetro, bocchello, diaframma forato, Tubo di Pitot.

6. Movimentazione dei fluidi
Pompe Volumetriche: p. alternative e rotative.
Pompe Centrifughe: analisi dimensionale del funzionamento di pompe centrifughe, curva caratteristica e sua variazione col numero di giri e col diametro. Numero di giri caratteristico.
Cavitazione e altezza positiva di aspirazione (Net Positive Suction Head, NPSH).
Accoppiamento pompa-circuito: determinazione del punto di funzionamento.
Problema di progetto: scelta delle pompa centrifuga (Q fissata).
Regolazione della portata in un circuito con pompa centrifuga.
Valvole di regolazione della portata e curva caratteristica delle valvole (lineari, a eguale percentuale, paraboliche, ad apertura rapida).

7. Flusso Esterno
Analisi dimensionale del problema. Moto di scorrimento intorno a una sfera (Re<0.1). Forza resistente esercitata dal fluido sulla sfera in direzione z (dovuta al moto).
Viscosimetro a sfera cadente e velocità terminale di caduta di particelle sferiche. Valutazione del coefficiente di attrito CD nel flusso esterno: correlazione di Dalla Valle.
Sedimentatori, apparati di separazione di particelle.

8. Moto dei fluidi comprimibili
Alcune grandezze di interesse: numero di Mach e velocità del suono.
Moto stazionario adiabatico di un gas perfetto con cp costante (corrente monodimensionale).
Moto adiabatico reversibile stazionario di un gas perfetto a calore specifico costante (isoentropico) in un condotto a sezione variabile. Dimensionamento di un disco di rottura.
Moto adiabatico stazionario con attrito di un gas perfetto in un condotto di sezione costante: diagrammi di Lapple
Moto stazionario isotermo in condotte a sezione costante con attrito.

Testi/Bibliografia

-Dispense fornite dal docente.

Altri testi suggeriti:

• Y. A. Çengel, J. M. Cimbala, "Meccanica dei fluidi", 2007, Mc Graw Hill, ISBN: 9788838663840;
• R. Darby "Chemical Engineering Fluid Mechanics", 2nd Ed., Marcel Dekker, 2001;
• N. DeNevers, "Fluid Mechanics for Chemical Engineers" McGraw-Hill 2004;
• Fay, J.A.: "Introduction to Fluid Mechanics", MIT Press, 1995.
  Marchi E., Rubatta A, "Meccanica dei fluidi: principi e applicazioni idrauliche", UTET 1981;
•  
• Foraboschi F.P., "Principi di ingegneria chimica", UTET 1973.

Metodi didattici

Lezioni svolte in aula, con uso di lavagna e di slides, con supporto di video didattici. 

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

1 Prova scritta (oppure due prove scritte parziali durante il corso) e 1 prova orale. L'esame scritto consiste nella soluzione di alcuni esercizi con l'aiuto di una calcolatrice scientifica e/o un computer portatile. Lo studente può avvalersi di fogli di calcolo autonomamente preparati usando un software a piacere (Excel, Matlab, Mathematica etc.), e usare gli algoritmi risolutivi illustrati a lezione. Durante la prova scritta non sono ammessi testi o appunti, ma si può portare un formulario scritto a mano su un foglio A4, da un solo lato.

L'esame orale è basato sugli argomenti del corso e si può sostenere solo dopo aver superato la prova scritta.

Il voto finale è dato dalla media della prova scritta e della prova orale.

Strumenti a supporto della didattica

Dispense fornite dal docente e scaricabili gratuitamente su AMS Campus. Esempi di soluzione di esercizi con metodo analitico e numerico.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Maria Grazia De Angelis