75446 - TERMOFLUIDODINAMICA M

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 - 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 - Problema di Rayleigh-Bénard e cenni alle applicazioni dell'instabilità termoconvettiva. 

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. Il voto riportato in uno dei due moduli del corso integrato ha validità per dodici mesi. Se entro tale termine lo studente non supera l'esame relativo al corso integrato il voto sul singolo modulo non è più valido.

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