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.
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.
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. 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:  diagramma di Moody.
Correlazione di Churchill.
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 , diametri commerciali per tubi, scabrezza.
Problemi di progetto e verifica di condotte.
Algoritmi di risoluzione numerica in Excel per problemi di verifica e progetto di condotte.
Reti di Condotte.
Condotte altimetriche: linea dei carichi.

Misuratori di portata: venturimetro, bocchello, diaframma forato, Tubo di Pitot. Algoritmi di risoluzione numerica in Excel per problemi di verifica e progetto di flussimetri.

5. 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 con metodo numerico in Excel.
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).

6. Flusso Esterno
Analisi dimensionale del problema. Valutazione del coefficiente di attrito CD nel flusso esterno: correlazione di Dalla Valle, legge di Stokes.
Viscosimetro a sfera cadente e velocità terminale di caduta di particelle sferiche.
Sedimentatori, apparati di separazione di particelle. Problemi di dimensionamento e verifica.

7. Bilanci microscopici, descrizione analitica di moti laminari e cenni di reologia
Descrizione Lagrangiana ed Euleriana del moto; derivata locale e derivata sostanziale.
Bilancio locale di quantità di moto; espressione per la velocità di deformazione; espressione del tensore degli sforzi per fluidi newtoniani.
Profilo di velocità e sforzo nel moto di Couette piano e nel moto di Poiseuille piano e cilindrico.
Viscosità; fluidi Non Newtoniani: fluidi di Bingham, pseudoplastici, dilatanti, viscosimetro rotazionale “cup and bob”. 

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. Introduzione della teoria e risoluzione di esercizi d'esame.

Proiezione di video didattici per la visualizzazione di fenomeni fisici e apparati ingegneristici.

Risoluzione di problemi tramite metodo numerico con l'uso di fogli di calcolo svolti in laboratorio di calcolo o costruiti dallo studente a casa tramite e-learning (video tutorials).

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 e descritti nei video tutorials.
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. Nell'esame orale viene valutata la capacità di scrivere equazioni e schemi risolutivi per problemi affrontati a lezione, descrivere il funzionamento degli apparati ingegneristici, usare in modo appropriato il linguaggio tecnico. Viene altresì verificata la padronanza dei concetti teorici fondamentali impartiti nel corso e la loro applicazione nella soluzione di problemi.  

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.

Video didattici per la visualizzazione di fenomeni fisici e apparati ingegneristici.

Video tutorials per l'impostazione di fogli di calcolo per la risoluzione di problemi.

Esempi di soluzione di esercizi con metodo analitico e numerico.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Maria Grazia De Angelis