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
Bibliografia Di Riferimento
• L. Borel, D. Favrat, "Thermodynamics and Energy Systems Analysis", EPFL Press, 2010, ISBN 978-2-940222-45-2Modalità Erogazione
Il corso consta in lezioni frontali durante le quali saranno illustrati anche numerosi esempi applicativi. Nel caso di un prolungamento dell’emergenza sanitaria da COVID-19 saranno recepite tutte le disposizioni che regolino le modalità di svolgimento delle attività didattiche e della valutazione degli studenti. In particolare si applicheranno le seguenti modalità: lezioni on-line in streaming tramite Microsoft Teams e materiale caricato su piattaforma Moodle.Modalità Frequenza
La frequenza non è obbligatoria. Materiale inerente al programma d'esame è presente su piattaforma Moodle.Modalità Valutazione
La verifica dell'apprendimento avviene attraverso due prove: una scritta e, previa ammissione, una prova orale. Con la prova scritta saranno proposti esercizi applicativi relativi ai concetti svolti durante il corso. Sarà necessario superare tale prova per poter accedere alla prova orale, durante la quale sarà discussa la prova precedente e darà verificato il livello di comprensione degli argomenti di programma.