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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2014/2015
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 086224 - FLUIDODINAMICA
Docente Quartapelle Procopio Luigi
Cfu 10.00 Tipo insegnamento Monodisciplinare

Corso di Studi Codice Piano di Studio preventivamente approvato Da (compreso) A (escluso) Insegnamento
Ing Ind - Inf (1 liv.)(ord. 270) - BV (350) INGEGNERIA AEROSPAZIALE* AL086224 - FLUIDODINAMICA
061465 - FLUIDODINAMICA I
061466 - AERODINAMICA I
090593 - INTEGRAZIONE DI FLUIDODINAMICA

Programma dettagliato e risultati di apprendimento attesi

 

Obiettivi e contenuti del corso

Obiettivo formativo principale

 

Il corso fornisce l’inquadramento generale dei fenomeni fluidodinamici e dei modelli in grado di rappresentarli. L’obiettivo principale consiste nell’acquisizione di una conoscenza approfondita delle correnti fluide, che permetta di  individuarne gli aspetti fondamentali e maggiormente critici e, di conseguenza, di scegliere consapevolmente, di volta in volta,  il livello di modellazione necessario e sufficiente per descriverli in modo appropriato. 

 

Obiettivi formativi metodologici

 

Alla conclusione del corso, gli allievi avranno acquisiti gli strumenti di base dell’analisi fluidodinamica, la capacità di formulare modelli fisico-matematici e di ottenere soluzioni di problemi differenziali alle derivate parziali, con particolare riferimento a quelli della fluidodinamica incomprimibile. Saranno inoltre in grado di progettare semplici esperimenti e di usare consapevolmente alcuni strumenti classici della fluidodinamica aeronautica.

 

Obiettivi formativi secondari

 

Attraverso l’uso di un codice per il calcolo accoppiato di potenziale e strato limite, gli allievi potranno determinare le polari di profili alari e verificarne la  sensibilità alle variazioni di forma, incidenza e  numero di Reynolds.

 

Descrizione degli argomenti trattati

 

1  -  Modelli di fenomeni fluidodinamici. Modelli fisici di fenomeni fluidodinamici. Scale della realtà fluidodinamica.  Approssimazioni spaziali, temporali e dinamiche.

2  -  Proprietà dei fluidi. Descrizione molecolare e modello del continuo deformabile. Teoria cinetica dei gas, proprietà fisiche e termodinamiche. Fluidi newtoniani e non newtoniani. Tensore della velocità di deformazione e tensore degli sforzi. Viscosità dinamica, legge di Sutherland, viscosità di volume.

3 - Proprietà dei campi fluidodinamici. Campi vettoriali, linee di flusso, tracce e traiettorie. Flusso, rotore, divergenza, circolazione. Tubi di flusso e tubi vorticosi.

4 – Equazioni di bilancio della fluidodinamica. Principi di conservazione. Punti vista lagrangiano ed  euleriano. Teorema di trasformazione. Forme integrali e indefinite delle eq.ni bilancio per massa, quantità di moto ed energia per fluidi generali. Bilancio equazioni-incognite. Eq.ni di N-S per fluidi newtoniani a proprietà variabili e a proprietà costanti. Discussione e manipolazione dei sistemi di equazioni di bilancio. Non linearità, caratteristiche matematiche, condizioni iniziali e al contorno. Equazione di bilancio per la vorticità.

5 – Turbolenza. Gli esperimenti di Reynolds. Fenomenologia. Scale spaziali e temporali, turbolenza in equilibrio e teoria Kolmogorov, spettri di energia, cascata energetica. Dipendenza delle scale spaziali e temporali dal numero di Reynolds. Integrazione numerica diretta delle eq.ni di N-S (DNS), Large Eddy Simulation, equazioni mediate di Reynolds. Problema della chiusura, ipotesi di Boussinesq, modelli di viscosità cinematica turbolenta.

6  -  Similitudine fluidodinamica.  Grandezze caratteristiche, equazioni di bilancio in forma adimensionale, leggi di similitudine, approssimazioni dinamiche.

7 – Soluzioni esatte delle equazioni di N-S. Correnti stazionarie di Newton, Couette, Poiseuille. 1° e 2° problema di Stokes. Cilindri coassiali in rotazione e traslazione, soluzione Hiemenz al punto di ristagno. Vortici piani assialsimmetrici non stazionari: soluzione esatta di Oseen e modello approssimato di Rankine.

8 – Casi particolari di equazioni di bilancio. Equazioni di Eulero. Eq.ne di Laplace, teorema e corollari di  Gauss,  problema delle condizioni al contorno, singolarità virtuali. Teoremi di Bernoulli. Equazione della statica dei fluidi.

9 – Strato limite sottile. Concetto di strato limite. Derivazione delle equazioni indefinite per lo strato limite sottile secondo Prandtl. Casi particolari: soluzioni simili di Blasius e di Falkner-Skan. Gli spessori integrali dello strato limite. Lo spessore di spostamento e il baricentro locale della vorticità. Proprietà delle equazioni dello strato limite sottile:  condizioni al contorno, integrazione numerica. Equazione integrale di von Kármán. Analisi multiscala dello strato limite turbolento: substrato viscoso, buffer layer, regioni turbolente interna ed esterna, regione logaritmica ed effetto della rugosità.

10 – Analisi della corrente attorno a profili alari. Accoppiamento potenziale/strato limite e calcolo delle distribuzioni di pressione e di sforzo viscoso tangenziale attorno a profili alari. Analisi dei parametri di strato limite e della loro dipendenza dal numero di Reynolds della corrente e dalla forma e incidenza del profilo.

11 – Cenni alla sperimentazione fluidodinamica. Tecniche di visualizzazione. Misure di pressione. Misura della  velocità con tubo di Pitot. Gallerie del vento. 

 


 


Note Sulla Modalità di valutazione

Organizzazione del corso e modalità di verifica

 

Modalità didattiche:

 

Il corso prevede 111 ore d’aula, di cui 65 di lezione,  35 di esercitazione e 12 di laboratorio. Le ore di laboratorio prevedono il commento di filmati che illustrano argomenti e fenomeni fondamentali ed eventuali misure di laboratorio o esercitazioni numeriche.  Il possesso dei prerequisiti necessari è garantito da precedenze d'esame e viene verificato con test.  Anche l'apprendimento viene verificato e favorito attraverso prove non obbligatorie, svolte in aula oppure autonomamente dagli allievi e la redazione di un elaborato.

 

Modalità di verifica:

 

 

La verifica finale dell’apprendimento è effettuata mediante una prova scritta che, se superata con esito positivo, dà accesso a un colloquio orale.

 


Bibliografia

Software utilizzato
Nessun software richiesto

Mix Forme Didattiche
Tipo Forma Didattica Ore didattiche
lezione
62.0
esercitazione
36.0
laboratorio informatico
4.0
laboratorio sperimentale
2.0

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Italiano
schedaincarico v. 1.6.9 / 1.6.9
Area Servizi ICT
21/01/2022