Insegnamento FLUIDODINAMICA DELLE MACCHINE E DEI SISTEMI ENERGETICI
| Nome del corso di laurea | Ingegneria meccanica |
|---|---|
| Codice insegnamento | GP004970 |
| Curriculum | Energia |
| Docente responsabile | Francesco Mariani |
| CFU | 10 |
| Regolamento | Coorte 2017 |
| Erogato | Erogato nel 2017/18 |
| Erogato altro regolamento | |
| Anno | 1 |
| Periodo | Annuale |
| Tipo insegnamento | Obbligatorio (Required) |
| Tipo attività | Attività formativa integrata |
| Suddivisione |
FLUIDODINAMICA DELLE MACCHINE E DEI SISTEMI ENERGETCI modulo B
| Codice | GP004980 |
|---|---|
| CFU | 4 |
| Docente responsabile | Linda Barelli |
| Docenti |
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| Ore |
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| Attività | Affine/integrativa |
| Ambito | Attività formative affini o integrative |
| Settore | ING-IND/08 |
| Tipo insegnamento | Obbligatorio (Required) |
| Contenuti | Equazione dell'energia e della quantità di moto. Efflusso di fluidi comprimibili. Numero di Mach. Triangoli di velocità. Effetti tridimensionali nelle turbomacchine. Grado di reazione. Profili aerodinamici. Drag e Lift. Turbomacchine multistadio. Stadi di turbine. Stadi di compressore. Ventilatori. Flussi supersonici: onde d'urto normali e oblique; ventagli di espansione |
| Testi di riferimento | Dixon, Hall, Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbomachinery, Butterworth-Heinemann, ISBN: 978-1856177931 Clancy, Aerodynamics, Longman, ISBN: 978-0582988804 Anderson, Modern Compressible Flows, McGraw-Hill, ISBN: 978-0072424430 |
| Obiettivi formativi | Capacità di analizzare e progettare a livello preliminare stadi di turbomacchina. Conoscenza delle principali tecniche di progettazione delle turbomacchine |
| Prerequisiti | -- |
| Metodi didattici | Lezioni frontali |
| Altre informazioni | -- |
| Modalità di verifica dell'apprendimento | prova orale di esame |
| Programma esteso | Fondamenti di fluidodinamica: inerzia e viscosità; propulsione e resistenza; resistenza: form frag e skin friction Circolazione analisi qualitativa del flusso di un fluido intorno ad un cilindro senza circolazione e con circolazione; flusso di un fluido intorno ad a un profilo alare senza circolazione e con circolazione; effetto Magnus; Condizione di Kutta-Joukowski; Teorema di Kutta-Joukowski. effetto scia; strato limite laminare e turbolento e correlazione con drag; fenomeno della separazione: strato limite e drag; equazione di continuità; linee di corrente ed esempi applicativi; funzione di corrente ed esempi applicativi; principio di sovrapposizione di flussi ed esempi applicativi; determinazione vorticità di un flusso ed esempi applicativi; flussi irrotazionali e rotazionali; potenziale della velocità ed esempi applicativi; studio del flusso intorno ad un cilindro con e senza circolazione. Teoria dei profili: distribuzioni di pressione forze e momenti aerodinamici curva di lift e resistenza del profilo schiere di profili; profili per compressore; caratteristiche di una schiera; parametri di prestazione di una schiera; studio delle forze su una schiera - coefficiente di lift e drag; correlazioni di perdita compressori correlazioni di perdita per le turbina (Correlazione di Ainley-Mathieson; Criterio di Zweifel; Correlazione di Soderberg) Equazioni fondamentali: •Equazione di continuità •Primo principio della termodinamica per sistemi aperti in regime stazionario •Equazione della quantità di moto •Secondo principio della termodinamica Equazioni per fluidi comprimibili definizioni di rendimento; rendimento politropico Turbina assiali: triangoli di velocità, parametri di progetto; lavoro di stadio turbine multistadio rendimento e perdite di stadio progetto preliminare e particolari casi applicativi efficienza e sua correlazione con parametri di progetto:correlazione di Smith; analisi casi particolari forze centrifughe curva caratteristica efficienza e sua correlazione con parametri di progetto:correlazione di Smith; analisi casi particolari forze centrifughe curva caratteristica Compressori assiali: triangoli di velocità; lavoro di stadio; rendimento e perdite di stadio parametri di progetto progetto preliminare compressore multistadio stallo e pompaggio curva caratteristica Effetti tridimensionali: teoria dell'equilibrio radiale Il problema inverso - vortice libero Il problema inverso - vortice forzato Il problema indiretto – Potenza di grado n Il problema indiretto – Potenza di primo grado Il problema diretto Applicazione della teoria dell'equilibrio radiale per lo studio degli effetti tridimensionali. Soluzione numerica del problema inverso (progetto) per specifici casi studio relativi a: - stadio di compressore assiale con distribuzioni delle componenti tangenziali della velocità assoluta del tipo a "vortice libero" - stadio di compressore assiale con distribuzioni delle componenti tangenziali della velocità assoluta corrispondenti a "potenza di primo grado" COMPRESSORE CENTRIFUGO: - analisi termodinamica dell'impeller - analisi termodinamica del diffusore e - parametri di prestazione dei diffusori - effetto della velocità nella sezione di ingresso - progetto della sezione di ingresso - slip factor - parametri di prestazione prestazioni del compressore centrifugo - sistema di diffusione: diffusori non palettati; diffusori palettati - choking: choking all'ingresso; choking nella girante; choking nel diffusore Flussi supersonici: - velocità del suono; numero di Mach - flussi 1D: equazioni fondamentali (eq. continuità; eq. del momento; eq. di conservazione dell'energia); grandezze totali Flussi supersonici - ONDE D'URTO NORMALI: - fenomenologia dell'onda d'urto; nozioni preliminari su differenze tra onde d'urto normali e oblique - equazioni del moto 1D per onda d'urto normale risoluzione del campo di moto a valle dell'onda nell'ipotesi di gas perfetto e processo adiabatico: - relazione di Prandtl; relazione tra numero di Mach tra monte e valle dell'onda d'urto normale - determinazione della variazione tra monte e valle dell'onda d'urto normale di densità, pressione e temperatura - studio dei fenomeni di onda d'urto nel caso di aggiunta di calore (eq. fondamentali; variazione di densità, pressione e temperatura; grandezze totali; curva di Rayleigh) - studio dei fenomeni di onda d'urto nel caso di flusso con attrito (curva di Fanno) Flussi supersonici: ONDE D'URTO OBLIQUE - equazioni fondamentali per onda d'urto obliqua - andamento del numero di Mach nella regione a valle dell'onda in funzione di: angolo di deflessione, angolo dell'onda d'urto, numero di Mach a monte dell'onda - riflessione delle onde d'urto - famiglie di onde d'urto - onda d'urto distaccata BLADE COOLING: tecniche di raffreddamento delle pale di turbina e analisi delle tecniche complesse adottate per: - pale rotoriche primo stadio - statore secondo stadio - pale rotoriche secondo stadio combustione: classificazione fiamme parametri miscele struttura camera di combustione TAG convenzionale e architetture multitubo |
FLUIDODINAMICA DELLE MACCHINE E DEI SISTEMI ENERGETICI modulo A
| Codice | GP004979 |
|---|---|
| CFU | 6 |
| Docente responsabile | Francesco Mariani |
| Docenti |
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| Ore |
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| Attività | Affine/integrativa |
| Ambito | Attività formative affini o integrative |
| Settore | ING-IND/09 |
| Tipo insegnamento | Obbligatorio (Required) |
| Lingua insegnamento | Italiano |
| Contenuti | La meccanica dei fluidi è quella parte della fisica che studia i fluidi sia in movimento (fluidodinamica), sia in quiete (statica dei fluidi). Quest'ultimo viene visto come caso particolare della dinamica quando velocità ed accelerazioni sono nulle. Il corso è fondamentalmente dedicato allo studio di fluidi debolmente comprimibili (idraulica), sia essi in presenza di una superficie libera sia confinati. I contenuti si articolano in: - principi di base dell'idraulica; - Leggi teoriche e principi fondamentali della statica, della meccanica e della dinamica dei fluidi. - Fondamenti della modellistica fisica idraulica dove si sviluppano i principi dell'analisi dimensionale con l'introduzione dei numeri indice. - Cenni sul moto vario delle correnti in pressione. - I precedenti contenuti saranno la guida fondamentale della parte applicativa del corso, affrontata con l'approccio della Fluidodinamica Computazonale. |
| Testi di riferimento | A scelta: - Citrini, Noseda - IDRAULICA - Casa Editrice Ambrosiana;; - Mossa, Petrillo - IDRAULICA - Casa Editrice Ambrosiana; |
| Obiettivi formativi | Il corso si pone come obiettivo quello di tradurre i principi fondamentali di conservazione della massa della q.d.m. e dell'energia nonchè i fenomeni di turbolenza in problemi ingegneristici reali. Lo studente sarà quindi guidato passo passo, nello sviluppo di casi di studio implementati con codici specializzati. |
| Prerequisiti | I corsi della laurea triennale in Ingegneria meccanica. |
| Metodi didattici | Il corso è così suddiviso - per 2/3 del tempo vengono svolte lezioni frontali di natura teorica completate dalle relative esercitazioni; - la restante parte di 1/3 della durata totale del corso è dedicata allo sviluppo di casi di studio con l'utilizzo di codici specializzati resi disponibili. |
| Altre informazioni | Per lo sviluppo dei casi di studio, si invitano gli studenti a ripassare le funzioni base per utilizzo di un qualsiasi CAD. La realizzazione del modello geometrico sarà il primo elementare passo di sviluppo degli studi proposti. |
| Modalità di verifica dell'apprendimento | 1) prova scritta della durata di 90 minuti consistente in 2 esercizi: uno di statica ed uno di dinamica dei fluidi; 2) Coloro che, nella prova scritta, riportano una votazione maggiore o uguale a 17/30, sono ammessi a sostenere una prova orale articolata in due domande, una teorica ed una applicativa. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa |
| Programma esteso | Moto dei fluidi; applicazioni; - Statica dei fluidi; applicazioni; - Cinematica dei fluidi; applicazioni; - Dinamica dei Fluidi: equazioni fondamentali; - Teorema di Bernouilli; applicazioni; - Fluidi reali: Viscosità ed equazioni di Navier-Stokes; - Correnti in pressione; applicazioni; - Analisi di lunghe condotte: applicazioni; - Cenni sul moto vario delle correnti in pressione. - L'approccio "Computational Fluid Dynamics" (CFD) per l'analisi di problemi di fluidodinamica. Applicazioni a flussi comprimibili ed incomprimibili. |