73117 - MECCANICA DEI FLUIDI E CONTROLLI IDRAULICI LM

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2022/2023

Conoscenze e abilità da conseguire

Lo studente conosce più approfonditamente la meccanica dei fluidi e la sua applicazione ai sistemi di controllo per risolvere problemi, anche complessi, che possono interessare l'ingegnere meccanico.

Contenuti

1. Vorticità e moti a potenziale

  1. Richiami di cinematica dei fluidi: vorticità, moto rotazionale e irrotazionale
  2. Richiami delle equazioni indefinite del moto: funzione di corrente, esempi di moto non viscoso e viscoso, equazioni adimensionali
  3. Moti non viscosi: equazione di Euler e teorema di Bernoulli per moto rotazionale e irrotazionale
  4. Moti irrotazionali e potenziale delle velocità
  5. Esempi di moti irrotazionali: flusso contro parete piana, vortice, sorgente-pozzo, bipolo, corrente circolatoria, effetto Magnus, portanza

2. Lo strato limite

  1. Equazioni adimensionalizzate: moto esterno e vicino alla parete
  2. Equazioni dello strato limite laminare
  3. Richiami sul carattere delle PDE, linee caratteristiche e condizioni al contorno
  4. Strato limite laminare su lastra piana, profili autosimili, soluzione di Blasius
  5. Integrazione alle differenze finite del profilo di Blasius
  6. Spessore di spostamento e spessore di quantità di moto
  7. Soluzione integrale e coefficiente d'attrito

3. Moto attorno ai corpi

  1. Resistenza e portanza
  2. Resistenza per diversi tipi di forme, controllo della turbolenza

4. Moti turbolenti

  1. Natura della turbolenza e non linearità dell'equazione di Navier-Stokes
  2. Sforzi di Reynolds e energia turbolenta
  3. Cenni sui modelli di chiusura
  4. Lunghezza di mescolamento di Prandtl e legge di parete in moto turbolento
  5. Omogeneità e isotropia della turbolenza 

5. Metodi sperimentali

  1. Metodi ad ultrasuoni: propagazione delle onde sonore, effetto Doppler, Limitazione di Nyquist e modulazione, strumenti monostatici UVP e bistatici ADV
  2. Metodi ad immagini: Lagrangiano e Euleriano, PTV e PIV per la ricostruzione del campo di moto da una serie temporale di fotogrammi 
  3. Metodo Ottico: velocimetria laser per effetto Doppler, modulazione per interferenza di due raggi, analisi dei parametri di turbolenza con LDA

Testi/Bibliografia

Yunus A. Cengel, John M. Cimbala. Meccanica dei Fluidi (terza edizione), McGraw-Hill Education, 2014.

Enrico Marchi, Antonello Rubatta. Meccanica dei Fluidi, principi e applicazioni idrauliche, UTET, 1981.

Christophe Bailly, Geneviève Comte-Bellot. Turbulence, Springer, 2015.

Aberle, J.; Rennie, C.D.; Admiraal, D.M.; Muste, M. Experimental Hydraulics: Methods, Instrumentation, Data Processing and Management – IAHR Monograph; CRC Press, Taylor & Francis Group, London UK, 2017.

Metodi didattici

L'insegnamento partecipa al progetto di innovazione didattica dell'Ateneo che prevede un formato blended di lezioni in presenza e da remoto.

In particolare le lezioni da remoto sarano volte a sviluppare a chiarire le scelte fondamentali per una efficace modellazione di tipo ibrido (i.e., matematico/sperimentale) nella meccanica dei fluidi. Questo verrà ottenuto tramite alcune attività pratiche in presenza affiancate da analisi e modellazioni on-line in un tipico approccio “PRATICO LABORATORIALE”. Questo sarà propedeutico alla prova finale.

Tali attività consistono in: 

1. Esercitazioni finalizzate a graficare e parametrizzare le variabili di interesse (e.g., campi di moto e di pressione, linee di corrente, isolinee potenziale, profili di velocità e parametri dello strato limite) e per l'analisi di dati sperimentali (PTV, PIV, LDA, UVP, ADV) con l'ausilio di script Matlab resi disponibili dal docente

2. Esercitazioni presso il Laboratorio di Ingegneria Idraulica dell'Università di Bologna finalizzata alla esemplificazione dei metodi sperimentali trattati nel corso e alla raccolta di dati UVP e ADV utili alle esercitazioni

Gli studenti divisi in gruppi supervisionati dal docente e dal personale del laboratorio potranno effettuare le misure del campo di moto attorno ad un corpo rigido e confrontare/integrare i risultati ottenuti dalla modellazione matematica. L’analisi dei dati sperimentali potrà avvenire anche on-line; a tal fine verranno forniti applicativi Matlab, elaborati grafici e filmati su Virtuale.

L'insegnamento contribuisce ai 17 Obiettivi per lo Sviluppo Sostenibile (SDGs) dell’ONU. In particolare, gli Obiettivi

4: "Istruzione di qualità - Garantire un’educazione di qualità, equa e inclusiva, e opportunità di apprendimento permanente per tutti"

7: "Ridurre l’ineguaglianza - Ridurre l’ineguaglianza all’interno delle Nazioni e fra di esse"

sono perseguiti stimolando la collaborazione tra gli studenti divisi in gruppi eterogenei per provenienza e background. Il lavoro collettivo di gruppo è parte integrante alla valutazione finale.

La parte teorica verrà presentata in maniera tradizionale tramite lezioni forntali in presenza. Questo includerà lo sviluppo di alcuni esempilificazioni grafiche alla lavagna, inoltre verrà presentato con il proiettore il materiale di studio che varrà reso disponibile in formato elettronico.

 

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

I gruppi avranno la facoltà di presentare e discutere on-line insieme al docente un elaborato, scritto in una forma di collaborazione peer to peer, con la descrizione delle attività di laboratorio e di modellazione e dei risultati ottenuti, evidenziando difficoltà, vantaggi e limiti dei diversi approcci. Tale discussione concorrerà alla valutazione finale.

Preliminarmente all'appello orale verrà richiesta la consegna dell'elaborato finale che recepisce la discussione peer to peer e che raccolga in maniera sintetica: obiettivi, metodi e risultati delle esercitazioni proposte durante il corso. All'orale verrà presentata e discussa tale tesina con l'ausilio di Power Point. Il voto finale si comporrà del giudizio sulla tesina e sulla presentazione/discussione personale di ciascun candidato.

 

Strumenti a supporto della didattica

Materiale didattico quali dispense e presentazioni mostrate durante le lezioni, script di Matlab e dati sperimentali delle esercitazioni verranno caricati nella pagina dedicata all'insegnamento su

https://virtuale.unibo.it/

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Massimo Guerrero