00430 - FISICA TECNICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente conosce le nozioni di base sulle proprietà e le trasformazioni dei sistemi termodinamici e sui meccanismi di scambio di massa e di energia, con particolare attenzione ai problemi che interessano l'Ingegneria Meccanica.

Contenuti

PARTE I: TERMODINAMICA APPLICATA

1. Concetti generali: unità di misura, grandezze estensive e intensive, sistema termodinamico, equilibrio termodinamico, funzioni di stato, principio 0 della termodinamica, temperatura assoluta, equazione dei gas perfetti.

2. Primo principio: forme dell’energia, lavoro e calore, primo principio della termodinamica, energia interna, entalpia, calore specifico.

3. Secondo principio: trasformazioni reversibili, macchine cicliche, rendimento e coefficiente di prestazione, enunciati di Clausius e Kelvin, equivalenza dei due enunciati, teorema di Carnot, temperatura termodinamica e rendimenti ideali.

4. Entropia: disuguaglianza di Clausius e definizione di entropia, aumento entropia, diagrammi entropici t-s e h-s, equazioni TdS.

4. Sistemi chimicamente omogenei: diagramma p-v-T, proprietà solidi e liquidi, regola delle fasi di Gibbs, miscele liquido-vapore, gas reali e gas perfetti.

5. Termodinamica del sistema aperto: volume di controllo, conservazione massa ed energia, bilancio di primo principio, casi applicativi, bilancio entropico, rendimenti isoentropici.

7. Cicli a vapore: ciclo Rankine ideale e reale, miglioramento prestazioni (surriscaldamento e rigenerazione), ciclo inverso a compressione di vapore ideale e reale, diagramma p-h, frigorifero e pompa di calore.

8. Miscele aria vapore d'acqua: miscele di gas perfetti, legge di Dalton, miscele di aria e vapor acqueo, temperatura di bulbo secco e bulbo umido, temperatura di rugiada, diagramma psicrometrico. 

PARTE II: SCAMBIO TERMICO

9. Fluidodinamica: campi scalari e vettoriali, traiettorie, linee di flusso e linee di fumo, equazione di continuità, fluido incomprimibile, sforzi viscosi e fluidi Newtoniani, equazione di Navier-Stokes, idrostatica, equazione di Bernoulli ed equazione dell’energia meccanica, flusso di Poiseuille, flussi laminari e turbolenti, numero di Reynolds, perdite di carico distribuite e concentrate, diagramma di Moody.

10. Conduzione: modalità di scambio termico, legge di Fourier, conduttività termica, equazione del calore e soluzioni notevoli, circuiti termici equivalenti, resistenza termica di contatto.

11. Convezione forzata esterna: coefficiente di scambio termico convettivo, numero di Nusselt e numero di Prandtl, strato limite dinamico, regimi laminare e turbolento su lastra piana.

12. Convezione forzata interna: regimi laminare e turbolento in condotti, temperatura di mescolamento, soluzioni notevoli nel caso di flusso termico costante o temperatura superficiale costante, temperatura media logaritmica.

13. Convezione naturale: numero di Grashof, numero di Rayleigh, convezione naturale su superfici.

14. Scambiatori di calore: tipologie, bilanci energetici, scambiatori equicorrente e controcorrente.

15. Irraggiamento: potere emissivo, irradiazione, corpo nero, distribuzione di Planck, legge di Stefan-Boltzmann, legge di Wien, frazione di emissione nella banda, superfici reali, emissività, coefficienti di assorbimento, riflessione e trasmissione, radiosità, legge di Kirchhof, scambio termico per irraggiamento tra superfici, fattore di vista, legge di somma e reciprocità per fattori di vista, scambio termico per irraggiamento per corpi neri e grigi, circuito termico equivalente.

Testi/Bibliografia

Y. A. Çengel, Termodinamica e trasmissione del calore, McGraw-Hill, Milano 1998

A. Cocchi, Elementi di termofisica generale ed applicata, Progetto Leonardo, Casa Editrice Esculapio, Bologna, 1990.

 

 

Metodi didattici

Il corso si compone di lezioni frontali svolte alla lavagna,  inframezzate dalla proiezione di materiale di didattico multimediale. 

L'esposizione teorica degli argomenti viene affiancata dalla discussione e risoluzione di problemi numerici, seguendo una filosofia "learning by doing". 

 

 

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L’esame del corso si compone di una prova scritta e di un colloquio orale. 

La prova scritta consiste nella soluzione numerica di tre problemi inerenti la termodinamica applicata e lo scambio termico. I problemi sono costruiti sul modello degli esercizi numerici svolti e discussi a lezione. Per accedere alla prova orale è necessario ottenere 16 o pìù punti nella prova scritta, su un totale di 36 punti disponibili. 

La prova orale consiste nella discussione di un argomento del corso estratto a sorte da una lista di 20 possibili argomenti che verrà resa disponinbile alla fine del corso. 

Il voto finale viene calcolato come somma aritmetica del voto di scritto e orale. 

Strumenti a supporto della didattica

Materiale didattico proiettato a lezione.

Esercizi svolti.

Tabelle termodinamiche e diagrammi necessari per la risoluzione degli esercizi.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Massimiliano Rossi