75443 - TERMOIDRAULICA BIFASE E DI SISTEMA M

Conoscenze e abilità da conseguire

Lo studente completa la sua formazione relativa alla fluidodinamica dei sistemi monofase e bifase e allo scambio termico in presenza di cambiamenti di fase, processi di ebollizione e condensazione, in piscina e in condotti. Il corso prevede anche la presentazione di metodologie numeriche e la discussione di applicazioni industriali caratterizzate da sistemi bifase.

Contenuti

- Proprietà e stabilità di un sistema monofase: potenziali termodinamici, stati stabili e metastabili, equazioni di stato (gas ideale e van der Waals)
- Equazioni di conservazione della massa, energia e quantità di moto per un sistema multifase, disuguaglianza dell'entropia ed equazioni costitutive
- Idrostatica dei sistemi bifase con interfacce: tensione superficiale e condizioni di equilibrio all'interfaccia nel caso statico
- Dinamica dei sistemi bifase con interfacce: condizioni di equilibrio dinamico all'interfaccia, formulazione ad un fluido delle equazioni di conservazione, instabilità superficiali
- Modello a due fluidi per i sistemi bifase: derivazione del sistema di equazioni e sue approssimazioni
- Flussi bifase nei condotti: classificazione dei flussi e mappe dei regimi di flusso, calcolo delle perdite di carico nei flussi bifase
- Nucleazione omogenea: stati metastabili, equilibrio e stabilità di una singola bolla in liquidi surriscaldati e di una singola goccia in vapori sottoraffreddati
- Nucleazione eterogenea: modello di Hsu per l'ebollizione nucleata, regimi di crescita di una bolla in un liquido surriscaldato, ciclo dell'ebollizione
- Ebollizione in piscina: regimi dell'ebollizione, meccanismi per l'ebollizione nucleata, flusso di calore critico, ebollizione a film
- Ebollizione convettiva in condotti: inizio dell'ebollizione, ebollizione sottoraffreddata e satura, flusso termico critico
- Condensazione: esterna a film su parete verticale e su condotti orizzontali, interna in tubi orizzontali
- Implementazione numerica dei sistemi di equazioni di conservazione per flussi multifase: codici di sistema, di singolo componente e simulazione numerica diretta (DNS)

Testi/Bibliografia

Termoidraulica dei flussi bifase, S. Manservisi e R. Scardovelli, Progetto Leonardo, Esculapio (2012)

Testi per approfondimenti:
- Liquid-vapor phase-change phenomena, V.P. Carey, Series in Chemical and Mechanical Engineering, Taylor and Francis(1992, 2007)
- Convective boiling and condensation, J.G. Collier and J.R. Thome, Oxford Engineering Science (1994)
- Direct numerical simulations of gas-liquid multiphase flows, G. Tryggvason, R. Scardovelli and S. Zaleski, Cambridge University Press (2011)

Metodi didattici

Le lezioni vengono integrate con una serie di esercitazioni pratiche alla
lavagna e l'utilizzo di codici e librerie numeriche opensource per i flussi bifase (https://github.com/VOFTracking/Vofi e http://basilisk.fr)

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Una prova finale scritta con due esercizi, uno sul calcolo delle perdite di carico e l'altro sul calcolo del coeffciente di scambio termico in un sistema bifase, seguita da una prova orale sugli argomenti trattati durante il corso

Strumenti a supporto della didattica

Videoproiettore e PC

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Ruben Scardovelli