IL CORSO HA LO SCOPO DI RICHIAMARE AGLI STUDENTI I CONCETTI FONDAMENTALI DELLE TERMODINAMICA E FLUIDODINAMICA FENOMENOLOGICHE E DI FORNIRE I CONCETTI PER PASSARE DALLA TEORIA ALLA PRATICA. SCOPO DEL CORSO È DI TRASFORMARE IL CONTENUTO SCIENTIFICO TEORICO DELLA TERMODINAMICA E DELLA FLUIDODINAMICA IN UNO STRUMENTO DELL’INGEGNERIA PER DESCRIVERE IL FUNZIONAMENTO DELLE MACCHINE A FLUIDO E DEGLI IMPIANTI PER LA CONVERSIONE DELL’ENERGIA IN LAVORO.
NEL CORSO SARANNO PRESENTATI, IN MODO CHIARO, PRECISO ED EFFICACE, METODI CHE COINVOLGONO LA TERMODINAMICA E LA FLUIDODINAMICA VOLTI ALLA RISOLUZIONE DI PROBLEMI PRATICI, UTILI AGLI INGEGNERI MECCANICI SIA NELLA PROFESSIONE SIA NEL LAVORO PRESSO L’INDUSTRIA.
NELLE LEZIONI FRONTALI SARANNO PRESENTATI GLI ASPETTI CHE COLLEGANO TEORIA E PRATICA.
NELLE ESERCITAZIONI SARANNO SVOLTI PROBLEMI APPLICATIVI.
NEL CORSO SARANNO PRESENTATI, IN MODO CHIARO, PRECISO ED EFFICACE, METODI CHE COINVOLGONO LA TERMODINAMICA E LA FLUIDODINAMICA VOLTI ALLA RISOLUZIONE DI PROBLEMI PRATICI, UTILI AGLI INGEGNERI MECCANICI SIA NELLA PROFESSIONE SIA NEL LAVORO PRESSO L’INDUSTRIA.
NELLE LEZIONI FRONTALI SARANNO PRESENTATI GLI ASPETTI CHE COLLEGANO TEORIA E PRATICA.
NELLE ESERCITAZIONI SARANNO SVOLTI PROBLEMI APPLICATIVI.
scheda docente
materiale didattico
• Macchine e Apparati di scambio termico: Classificazione
• Richiami sui sistemi e le unità di misura
• Stato e trasformazioni dei fluidi. Varianza. Equazioni di stato.
• Principi termodinamici: conservazione, equivalenza ed evoluzione di un sistema
- Conservazione dell’energia
- Irreversibilità in un sistema
- Applicazioni notevoli: analisi preliminare impianti motori idraulici, impianti di pompaggio, trasmissioni oleodinamiche.
• Trasformazioni termodinamiche: piani di raffigurazione, trasformazioni notevoli (adiabatica, isoterma, isoentalpica, isobara, isocora, politropica), valutazione delle grandezze termodinamiche, lavori e calori
• Trasformazioni di compressione ed espansione: adiabatiche ideali e reali, compressione interrefrigerata, espansione frazionata interriscaldata
• Applicazione dei principi termodinamici all’analisi delle macchine: casi notevoli
• Applicazione dei principi termodinamici all’analisi di apparati di scambio termico: casi notevoli
• Processi di combustione
- La combustione: generalità;
- Combustione a volume costante;
- Combustione a pressione costante in sistemi aperti e chiusi;
- Applicazione dei principi di base alla valutazione delle prestazioni di camere di combustione aperte, chiuse e generatori di vapore.
• Cicli termodinamici e processi periodici
- Cicli ideale, limite e reale;
- Cicli diretti e inversi;
- Prestazioni dei cicli: rendimento, cifra di merito, COP per cicli inversi
- Cicli notevoli: Brayton/Joule, Rankine, Hirn, Stirling, Ericsson, Beau de Rochas, Diesel, Sabathé, inversi a compressione di vapore, inversi a compressione di gas
- Rigenerazione termica
- Combinazioni tra cicli
- Processi periodici e diagrammi indicati.
- Applicazione delle conoscenze acquisite alla valutazione e all’eventuale miglioramento delle prestazioni di cicli reali.
- Applicazione delle conoscenze acquisite alla valutazione delle prestazioni di macchine periodiche in sede limite
• Introduzione alla fluidodinamica applicata ad un sistema:
- moti vario e permanente, linee e tubi di flusso, moti irrotazionali, rotazionali, vorticosi e reali
- analisi monodimensionale, bidimensionale e tridimensionale di un efflusso
• Equazioni cardinali dell’efflusso: continuità, conservazione della quantità di moto e del momento della quantità di moto, conservazione dell’energia, entropia
• Effetti della viscosità del fluido, effetti di elasticità
• Definizione del Numero di Mach
• Regimi di moto subsonico, transonico e supersonico
• Linee di Mach
• Urti retti
• Condotto a sezione costante adiabatico con attrito: fluido incomprimibile, gas perfetto (Flusso di Fanno);
• Condotti convergenti/divergenti senza attrito: ugelli e diffusori con fluidi incomprimibili, con gas perfetti (equazioni di Hugoniot);
• Condotto convergente-divergente;
• Condotti convergenti/divergenti con attrito;
• Applicazione delle nozioni fondamentali di fluidodinamica al dimensionamento e all’analisi preliminare del comportamento ideale e reale di condotti monodimensionali a sezione costante, ugelli, diffusori e convergenti-divergenti;
• Utilizzo delle equazioni di conservazione della quantità di moto e del momento della quantità di moto in sistemi fissi e mobili rispetto ad un riferimento inerziale per la valutazione di forze e lavori;
• Cavitazione: fenomenologia, Net Positive Suction Head (NPSH) dell’impianto, depressione dinamica totale della macchina, criteri di selezione delle macchine in relazione al fenomeno della cavitazione, valutazione del massimo battente idraulico.
• C. Caputo, "Le turbomacchine", Casa Editrice Ambrosiana;
• R. D. Zucker, O. Biblarz, “Fundamentals of Gas Dynamics”, Ed. John Wiley & Sons
• Materiale a cura del Docente messo a disposizione su piattaforma Moodle
Programma
PROGRAMMA• Macchine e Apparati di scambio termico: Classificazione
• Richiami sui sistemi e le unità di misura
• Stato e trasformazioni dei fluidi. Varianza. Equazioni di stato.
• Principi termodinamici: conservazione, equivalenza ed evoluzione di un sistema
- Conservazione dell’energia
- Irreversibilità in un sistema
- Applicazioni notevoli: analisi preliminare impianti motori idraulici, impianti di pompaggio, trasmissioni oleodinamiche.
• Trasformazioni termodinamiche: piani di raffigurazione, trasformazioni notevoli (adiabatica, isoterma, isoentalpica, isobara, isocora, politropica), valutazione delle grandezze termodinamiche, lavori e calori
• Trasformazioni di compressione ed espansione: adiabatiche ideali e reali, compressione interrefrigerata, espansione frazionata interriscaldata
• Applicazione dei principi termodinamici all’analisi delle macchine: casi notevoli
• Applicazione dei principi termodinamici all’analisi di apparati di scambio termico: casi notevoli
• Processi di combustione
- La combustione: generalità;
- Combustione a volume costante;
- Combustione a pressione costante in sistemi aperti e chiusi;
- Applicazione dei principi di base alla valutazione delle prestazioni di camere di combustione aperte, chiuse e generatori di vapore.
• Cicli termodinamici e processi periodici
- Cicli ideale, limite e reale;
- Cicli diretti e inversi;
- Prestazioni dei cicli: rendimento, cifra di merito, COP per cicli inversi
- Cicli notevoli: Brayton/Joule, Rankine, Hirn, Stirling, Ericsson, Beau de Rochas, Diesel, Sabathé, inversi a compressione di vapore, inversi a compressione di gas
- Rigenerazione termica
- Combinazioni tra cicli
- Processi periodici e diagrammi indicati.
- Applicazione delle conoscenze acquisite alla valutazione e all’eventuale miglioramento delle prestazioni di cicli reali.
- Applicazione delle conoscenze acquisite alla valutazione delle prestazioni di macchine periodiche in sede limite
• Introduzione alla fluidodinamica applicata ad un sistema:
- moti vario e permanente, linee e tubi di flusso, moti irrotazionali, rotazionali, vorticosi e reali
- analisi monodimensionale, bidimensionale e tridimensionale di un efflusso
• Equazioni cardinali dell’efflusso: continuità, conservazione della quantità di moto e del momento della quantità di moto, conservazione dell’energia, entropia
• Effetti della viscosità del fluido, effetti di elasticità
• Definizione del Numero di Mach
• Regimi di moto subsonico, transonico e supersonico
• Linee di Mach
• Urti retti
• Condotto a sezione costante adiabatico con attrito: fluido incomprimibile, gas perfetto (Flusso di Fanno);
• Condotti convergenti/divergenti senza attrito: ugelli e diffusori con fluidi incomprimibili, con gas perfetti (equazioni di Hugoniot);
• Condotto convergente-divergente;
• Condotti convergenti/divergenti con attrito;
• Applicazione delle nozioni fondamentali di fluidodinamica al dimensionamento e all’analisi preliminare del comportamento ideale e reale di condotti monodimensionali a sezione costante, ugelli, diffusori e convergenti-divergenti;
• Utilizzo delle equazioni di conservazione della quantità di moto e del momento della quantità di moto in sistemi fissi e mobili rispetto ad un riferimento inerziale per la valutazione di forze e lavori;
• Cavitazione: fenomenologia, Net Positive Suction Head (NPSH) dell’impianto, depressione dinamica totale della macchina, criteri di selezione delle macchine in relazione al fenomeno della cavitazione, valutazione del massimo battente idraulico.
Testi Adottati
• C. Caputo, "Gli impianti convertitori d’energia", Casa Editrice Ambrosiana;• C. Caputo, "Le turbomacchine", Casa Editrice Ambrosiana;
• R. D. Zucker, O. Biblarz, “Fundamentals of Gas Dynamics”, Ed. John Wiley & Sons
• Materiale a cura del Docente messo a disposizione su piattaforma Moodle
Modalità Valutazione
L’esame consta in una prova scritta e, previo superamento di tale prova, in un colloquio orale.