- Docente: Antonio Barletta
- Crediti formativi: 6
- SSD: ING-IND/10
- Lingua di insegnamento: Italiano
- Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza
- Campus: Bologna
- Corso: Laurea Magistrale in Ingegneria energetica (cod. 0935)
Conoscenze e abilità da conseguire
L'insegnamento si propone di fornire conoscenze di livello avanzato sulla termofluidodinamica ed, in particolare, sui seguenti temi principali: modelli basilari della fluidodinamica, teoria dello strato limite e moti esterni, instabilità dei moti laminari e turbolenza.
Contenuti
Modelli della fluidodinamica e della convezione:
Richiami sulle nozioni elementari di fluidodinamica - II teorema
del trasporto di Reynolds - Deduzione rigorosa delle equazioni di
bilancio locale in un fluido - Approssimazione di Boussinesq - Moto
incomprimibile: vorticità e funzione di corrente - Equazione del
trasporto di vorticità - Moto irrotazionale: potenziale di
velocità, equazione di Bernoulli non stazionaria - Moto
bidimensionale irrotazionale: potenziale complesso di velocità.
Teoria dello strato limite: Ipotesi di Prandtl
dello strato limite per moti incomprimibili bidimensionali - Metodo
degli ordini di grandezza - Strato limite dinamico: semplificazione
dell'equazione di bilancio della quantità di moto - Strato limite
termico: semplificazione dell'equazione di bilancio
dell'energia.
Soluzioni di similarità per il moto esterno: Ipotesi
di similarità e stima dello spessore dello strato limite dinamico
intorno ad una lamina piana sottile - Soluzione di Blasius per il
moto attorno ad una lamina piana sottile: campo di velocità e
coefficiente di trascinamento - Determinazione del campo di
temperatura e del numero di Nusselt - Flussi con gradienti di
pressione: moto attorno ad uno spigolo ed equazione di
Falkner-Skan, coefficiente di trascinamento, equazione per il campo
di temperatura.
Metodo integrale per lo studio del moto esterno:
Descrizione generale del metodo integrale e natura delle
approssimazioni adottate - Deduzione dell'equazione di bilancio
integrale della quantità di moto e dell'equazione di bilancio
integrale dell'energia - Convezione forzata intorno ad una lamina
piana sottile isoterma: strato limite dinamico e strato limite
termico, coefficiente di trascinamento e numero di Nusselt -
Convezione forzata intorno ad una lamina piana sottile a flusso
termico uniforme: strato limite dinamico e strato limite termico,
coefficiente di trascinamento e numero di Nusselt.
Moti comprimibili e onde in un fluido:
Considerazioni generali - Caso monodimensionale - Caso
tridimensionale.
Stabilità dei moti laminari ed introduzione alla
turbolenza: Stabilità del moto di un sistema meccanico -
Stati di equilibrio di un sistema meccanico e stabilità secondo
Lyapounov - Stati di equilibrio asintoticamente stabile -
Analisi di stabilità lineare dei moti fluidodinamici: caso del moto
alla Poiseuille in un canale piano - Equazione di Orr-Sommerfeld e
diagramma di stabilità - Analisi dei flussi turbolenti: componenti
medie e componenti stocastiche - Equazioni di Reynolds per i flussi
turbolenti bidimensionali - Tensore di Reynolds - Ipotesi di
Boussinesq: coefficiente di viscosità cinematica turbolento,
diffusività termica turbolenta, numero di Prandtl turbolento -
Problema della chiusura delle equazioni di Reynolds e modelli di
turbolenza - Modello algebrico di turbolenza: lunghezza di
mescolamento, relazione di Prandtl e relazione di Van Driest -
Distribuzione di velocità vicino ad una parete - Il modello
K-epsilon.
Termofluidodinamica nei mezzi porosi: Descrizione del
moto di un fluido entro una matrice solida - Legge di Darcy -
Permeabilità di un mezzo poroso - Legge di Darcy-Forchheimer -
Modello di Brinkman - Equazioni di bilancio locale della massa e
dell'energia - Esempi di moto di un fluido in un mezzo poroso
Convezione naturale e mista: Convezione mista in un canale piano parallelo verticale - Effetto del flusso invertito, caso particolare della convezione naturale - Convezione naturale
attorno ad una lamina piana verticale isoterma - Soluzione di
similarità di Polhausen, numero di Nusselt locale e medio - Problema di Rayleigh-Bénard - Problema di Horton-Rogers-Lapwood.
Diffusione di massa in un fluido: Bilancio di
massa dei costituenti - Legge di Fick - Numeri puri - Convezione
forzata e naturale - Applicazioni.
Testi/Bibliografia
- Dispense fornite dal docente.
- S. Kakaç, Y. Yener - Convective Heat Transfer - CRC Press, 1994.
- V.S. Arpaci, P.S. Larsen - Convection Heat Transfer - Prentice-Hall, 1984.
- A. Barletta - Applicazioni della Fisica Termica. Argomenti Complementari di Fluidodinamica e Termocinetica - Pitagora, Bologna, 2002.
- A. Bejan - Convection Heat Transfer - Wiley, 1984.
Metodi didattici
Lezioni ed esercitazioni in aula
Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento
Per il modulo di Termofluidodinamica M la verifica
dell'apprendimento avviene attraverso una prova orale. La prova
orale mira a verificare l'acquisizione delle conoscenze relative al
programma del corso, sia sotto il profilo teorico che per la
capacità concreta di formulare, dal punto di vista
fisico-matematico, nonché di risolvere semplici problemi di
termofluidodinamica. Il voto finale, espresso in trentesimi,
tiene conto della valutazione complessiva in merito alla conoscenza
teorica ed all'abilità pratica nella risoluzione di problemi.
Il voto relativo all'esame dell'intero corso integrato di
Trasmissione del Calore e Termofluidodinamica Applicata M
viene calcolato come media aritmetica delle votazioni
riportate nei due moduli: Trasmissione del Calore M;
Termofluidodinamica Applicata M.
Strumenti a supporto della didattica
Lezioni alla lavagna, presentazioni con l'ausilio del pc,
dimostrazioni sull'uso di codici numerici
Link ad altre eventuali informazioni
http://www.unibo.it/docenti/antonio.barletta
Orario di ricevimento
Consulta il sito web di Antonio Barletta