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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2018/2019
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 083503 - MECCANICA DEI FLUIDI
Docente Messa Gianandrea Vittorio
Cfu 7.00 Tipo insegnamento Monodisciplinare

Corso di Studi Codice Piano di Studio preventivamente approvato Da (compreso) A (escluso) Insegnamento
Ing Ind - Inf (1 liv.)(ord. 270) - PC (354) INGEGNERIA MECCANICA*AZZZZ083503 - MECCANICA DEI FLUIDI

Obiettivi dell'insegnamento

Molte applicazioni coinvolgono fluidi in quiete e in movimento. L’insegnamento mira a fornire conoscenze teoriche e competenze applicative nell’ambito della Meccanica dei Fluidi, partendo da un’impostazione matematica inquadrata nella meccanica del continuo e muovendo successivamente verso processi di rilievo per il corso di studi. Si approfondiscono i concetti di sforzo e velocità di deformazione. Si introducono le formulazioni differenziali e globali dei concetti di conservazione della massa e della quantità di moto. Partendo dallo schema di fluido ideale, si introduce il modello di moto viscoso e se ne discutono le applicazioni pratiche. L’allievo viene messo in grado di risolvere problemi tecnici relativi alla progettazione e verifica di impianti idraulici in regime stazionario. Si trattano gli aspetti fenomenologici di problemi relativi a flussi su corpi immersi e conseguenti processi di interazione tra fluidi e strutture. Spazio è inoltre dedicato ai fondamenti concettuali e operativi delle tecniche di analisi dimensionale. L’obiettivo è che gli studenti conoscano i fondamenti teorici della materia e siano in grado di effettuare valutazioni quantitative sui fenomeni analizzati.


Risultati di apprendimento attesi

Conoscenza e comprensione

A seguito del superamento dell’esame, lo studente:

  • conosce i principi, le grandezze, e le teorie fondamentali della meccanica dei fluidi
  • ha appreso le modalità di indagine e modellazione dei sistemi che coinvolgono fluidi fermi e in movimento
  • comprende il funzionamento fluidodinamico di un sistema di condotte in pressione
  • conosce gli aspetti di base dell'interazione fluido-struttura

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

A seguito del superamento dell’esame, lo studente è in grado di:

  • calcolare la spinta esercitata da un sistema di fluidi in quiete su superfici solide
  • effettuare il dimensionamento e la verifica di un impianto in pressione
  • impostare e analizzare semplici problemi di interazione fluido-struttura

 


Argomenti trattati
  • Concetti introduttivi. Caratterizzazione di un fluido come sistema continuo. Proprietà fisiche dei fluidi.
  • Statica dei fluidi. Concetto di pressione. Modello di fluido in quiete ed equazione di equilibrio. Spinte su superfici piane e curve. Strumenti di misura della pressione.
  • Cinematica. Approccio Euleriano e Lagrangiano. Visualizzazione di un campo di moto (linee di flusso, traiettorie). Concetti di tubo di flusso e di corrente. Il tensore gradiente di velocità e i suoi componenti simmetrico e antisimmetrico.
  • Equazioni fondamentali della meccanica dei fluidi. Equazioni di conservazione della massa e del momento della quantità di moto.
  • Il modello di fluido perfetto e il teorema di Bernoulli. Il modello costitutivo di fluido perfetto. Il teorema di Bernoulli e le sue estensioni (moto vario, flussi comprimibili, correnti, correnti reali). Il concetto di corrente gradualmente variata, di linea dei carichi totale e linea piezometrica.
  • Calcolo di condotte in regime stazionario. Stima delle perdite distribuite e localizzate nei sistemi di condotte. Interazione tra una corrente e una macchina idraulica.
  • Fondamenti di analisi dimensionale. Analisi dimensionale. Teorema di Buckingham. Gruppi adimensionali significativi nella meccanica dei fluidi.
  • Il modello di fluido Newtoniano. Legami costituitivi per fluidi stokesiani e newtoniani. Derivazione delle equazioni di Navier-Stokes.
  • Flussi turbolenti. Transizione moto laminare – turbolento, caratteristiche generali dei flussi turbolenti e cenni alla modellazione della turbolenza. Cenni alle problematiche della risoluzione numerica dell equazioni di Navier-Stokes. Derivazione delle equazioni di Reynolds. Distribuzione della velocità media e degli sforzi viscosi e di Reynolds in una condotta indefinita.
  • Flussi su corpi immersi ed interazioni fluido-struttura. Generalità ed aspetti fenomenologici sullo strato limite. Equazioni di strato limite. Effetti del gradiente di pressione. Cenni sulla separazione dello strato limite. Forze su corpi in movimento: generalità, concetti di lift e drag.

Prerequisiti

Sono necessarie conoscenze nell'area dell'analisi matematica e della geometria, con particolare riferimento al calcolo differenziale e integrale e alle equazioni differenziali lineari. Sono necessarie le conoscenze della meccanica del punto materiale, del corpo rigido, e di semplici strutture. Tutti questi argomenti sono previsti nei programmi degli insegnamenti di Analisi e Geometria 1 e 2, Fondamenti di Fisica Sperimentale e Costruzioni di Macchine 1.


Modalità di valutazione

L'esame può essere superato presentandosi ad uno degli appelli di febbraio, luglio o settembre. Esso consiste in una prova scritta e in un colloquio orale, che devono essere sostenuti nello stesso appello.

La prova scritta è articolata in due esercizi, da risolvere in forma letterale. Il primo esercizio coinvolge un sistema di fluidi in quiete, e il suo scopo è verificare la capacità dello studente di calcolare la distribuzione delle pressioni e la spinta esercitata sulle superfici solide. Il secondo esercizio riguarda un semplice impianto a fluido, e il suo scopo è verificare la capacità dello studente di modellare il comportamento fluidodinamico di sistemi di condotte in pressione, esprimendo i risultati dell’analisi svolta sia in termini matematici sia con rappresentazioni grafiche (linee dei carichi totali e piezometrica).

Lo studente può accedere alla prova orale solo se entrambi gli esercizi sono giudicati sufficienti. La prova orale consiste nel rispondere a domande, in forma aperta, che vertono su tutti gli argomenti trattati nell'insegnamento, corredando la forma discorsiva con equazioni e grafici, in un’esposizione sintetica e completa. Sono previste sia domande di natura teorica sia semplici esercizi da risolvere in forma letterale. In funzione di specifiche esigenze organizzative, potrebbe essere richiesto di svolgere parte della prova orale rispondendo alle domande componendo un elaborato scritto, oggetto di successiva discussione con il docente.

Scopo della prova orale è, da un lato, verificare l’apprendimento dei concetti teorici ed in particolare che lo studente conosca i principali enunciati, definizioni, equazioni e teoremi inerenti alla Meccanica dei Fluidi, inclusa la loro implementazione matematica (dimostrazione). Dall'altro, si verifica la capacità dello studente di elaborare collegamenti tra i vari argomenti dell'insegnamento.

 


Bibliografia
Risorsa bibliografica facoltativaD. Citrini, G. Noseda, Idraulica, Editore: Casa Editrice Ambrosiana, Anno edizione: 1987, ISBN: 8808081044
Risorsa bibliografica facoltativaY.A. Cengel, J.M. Cimbala, Meccanica dei Fluidi, Editore: McGraw-Hill, ISBN: 9788838663840
Risorsa bibliografica facoltativaB.R. Munson, T.H. Okishi, W.W. Huebsch, A.P. Rothmayer, Meccanica dei fluidi, Editore: Città Studi Edizioni, Anno edizione: 2016, ISBN: 8825173911

Forme didattiche
Tipo Forma Didattica Ore di attività svolte in aula
(hh:mm)
Ore di studio autonome
(hh:mm)
Lezione
42:00
63:00
Esercitazione
28:00
42:00
Laboratorio Informatico
0:00
0:00
Laboratorio Sperimentale
0:00
0:00
Laboratorio Di Progetto
0:00
0:00
Totale 70:00 105:00

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Italiano
Disponibilità di libri di testo/bibliografia in lingua inglese
Possibilità di sostenere l'esame in lingua inglese
schedaincarico v. 1.6.5 / 1.6.5
Area Servizi ICT
20/10/2020