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Meccanica dei fluidi industriali

01OUHNE

A.A. 2020/21

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Collaboratori
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Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ICAR/01 6 D - A scelta dello studente A scelta dello studente
2019/20
L'insegnamento si propone di fornire le conoscenze e le abilità di base per la modellazione della dinamica dei fluidi, sia in regime laminare sia in regime turbolento. Attenzione sarà posta ai problemi con geometria complessa, spesso presenti nelle applicazioni industriali a piccola e grossa scala.
The subject aims to provide the knowledge and the theoretical basis to model the dynamics of fluids, both in laminar and turbulent regime. Particular attention is paid to geometrically complex problems, into which some industrial applications are usually involved.
L’obiettivo è quello di fornire all’allievo gli strumenti tipici per lo studio del campo di moto di un fluido Newtoniano o non-Newtoniano, in regime laminare o turbolento, che interagisce con strutture meccaniche in condizioni geometricamente complesse. Il campo di applicazioni copre il vasto territorio ove la meccanica dei fluidi ha rilevanza nei processi, dalle scale microscopiche della micro-fluidica (lab-on-chip) a quelle estese dei grandi impianti idroelettrici, tale da abbracciare 8 ordini di grandezza. Lo studente dovrà acquisire una completa padronanza della meccanica dei fluidi ed essere in grado di utilizzare tecniche di calcolo, sia analitico sia numerico, per la determinazione del campo delle velocità, delle pressioni, degli sforzi viscosi e turbolenti, delle temperature e delle spinte in condizioni dinamiche. Sarà altresì necessario apprendere le tecniche per il dimensionamento di alcune strutture d’interesse impiantistico come le casse d’aria e i sistemi di attenuazione del colpo d’ariete e la conoscenza dei fenomeni di moto vario legati alle manovre di chiusura di una rete in pressione. Durante lo svolgimento dell'insegnamento verrà inoltre richiesto allo studente la lettura di un articolo scientifico pubblicato su rivista scientifica internazionale, in modo da abituare l’allievo all’apprendimento e all’aggiornamento continuo nei settori specializzati. L’articolo sarà scelto dallo studente sulla base di alcune proposte da parte del docente, e approfondirà alcuni specifici capitoli del corso. In tal modo lo studente potrà verificare l’utilizzo di tecniche di calcolo applicate a problemi reali, risolti nell’ambito della più recente ricerca scientifica internazionale.
The aim is to provide the student the tools for the study of the flow field of a Newtonian or non-Newtonian fluid, in turbulent or laminar regime, which interacts with the mechanical structures under geometrically complex conditions. The student will get a full grasp of fluid mechanics theory and will be able to use both theoretical and numerical computational techniques for the estimation of the flow field, pressure field, viscous and turbulent stress, temperatures and dynamical thrusts. It will be also necessary to learn the methods of design for some plant structures like air vessels and the systems of attenuation of the water hammer effect and the knowledge of the unsteady flow field induced by closure operations on pressure pipelines. During the semester, the student will be required to read and analysed a scientific paper published in international journals, in order to make them used to a continuous update in specialized subjects. The paper will be chosen by the student on the basis of a group of journals proposed by the teacher, and will deepen some particular topics introduced in the lectures. In this way the student will be able to learn how to apply concepts and methods to some practical problems, according to the most recent scientific literature.
Conoscenza di base del calcolo differenziale ed integrale. Conoscenze di base di meccanica dei fluidi, in particolare per quanto concerne i principi dell’idrostatica, le spinte e il concetto di perdite di carico nelle condotte in pressione.
Skills in elementary calculus. Knowledge in the fundamentals of fluid mechanics.
Richiami e approfondimenti di cinematica e dinamica dei fluidi (4 ore). Comportamento meccanico dei fluidi non-Newtoniani (6 ore). Teoria della lubrificazione (flussi a lento scorrimento): Formula di Stokes. Schema del cuscinetto di spinta, flusso in un angolo, moto in un pistone. (4 ore) . Microfluidics: Diffusione e H-filter. Dispersione di Taylor. Pompe capillari. Elettroforesi. Lo strato di Debye. Le pompe elettrosmotiche. Formazione di bolle nelle micro-giunzioni. Cenni di nanofluidica (7 ore). Modellazione della turbolenza in fluidi confinati. Modelli di chiusura e simulazione di flussi turbolenti (6 ore). Computational fluid dynamics: Esempio di calcolo tramite software Open Source (4 ore). Studio di getti e scie (2 ore). Dispersione turbolenta (4 ore). Moti a potenziale e trasformazioni conformi (4 ore). Cenni sulla teoria dello strato limite (4 ore). Moto vario nelle correnti in pressione. Valutazione e gestione del colpo d’ariete (7 ore). Casse d’aria di piccole dimensioni. Casse d’aria di grandi dimensioni. Pozzi piezometrici (5 ore) Esempi di applicazione nell'industria di produzione della carta (3 ore).
Resume of the fundamentals and introduction to advances in the kinematic and dynamics of fluid (4 hours) Mechanical behaviour of non-Newtonian fluids (6 hours). Lubrication theory and its application to mechanical systems: Stokes formula, flow in a corner, plug-flow dynamics (4 hours). Microfluidics: Diffusion and H-filter. Taylor dispersion. Capillary pump. Electrophoresis. Debye’s layer. Electro-osmotic pumps. Bubble formation in micro-junctions. Introduction to nano-fluidics (7 hours). Turbulent models. Closures of turbulence and numerical methods for turbulent flow simulations (6 hours). Computational fluid dynamics: Exercise with an Open Source software (4 ore). Jets and wakes (2 hours). Turbulent dispersion (4 ore). Irrotational flows and conformal mapping (4 hours). A brief introduction to the boundary layer theory (4 hours). Unsteady flow in pipeline systems. Computation of the water hammer effect (7 hours). Design of small and large air vessels. Design of a piezometric well (5 hours). Examples of applications in paper manifacturing (3 hours).
L'insegnamento si compone di 40 ore di lezione e 20 ore di esercitazione, di cui 4 ore verranno svolte in laboratorio informatico per la parte relativa agli argomenti di “Computational Fluid Dynamics”. Sono previste visite guidate presso una galleria del vento ed un azienda metal-meccanica.
The subject is constituted by 40 hours of lectures and 20 hours of exercises, of which 4 hours will be made in LAIB concerning computational fluid mechanics simulations.
Si prevede di fornire allo studente delle dispense relative agli aspetti matematicamente più complessi, di modo che la comprensione delle lezioni sia agevolata e focalizzata sulle questioni più fisiche ed ingegneristiche. Testi di carattere generale: - Marchi-Rubatta, Meccanica dei fluidi:Principi ed applicazioni idrauliche UTET - G. K. Batchelor, An introduction to Fluid Dynamics. Cambridge University Press Approfondimenti: - Teoria della Turbolenza: S. B. Pope, Turbulent flows, Cambridge University Press - Teoria dello strato limite: H. Schlichting, Boundary Layer Theory, Springer - Instabilità idrodinamica: P.G. Drazin and W. H. Reid, Hydrodynamic Stability, Cambridge Mathematical Library. - Theoretical Microfluidics: Henrik Bruus, Oxford Master Series.
The lecturer will provide some notes about the more demanding mathematical issues, in order to facilitate the understanding of the lessons and to address the student to a physical and engineering-oriented approach. General textbook: - Marchi-Rubatta, Meccanica dei fluidi:Principi ed applicazioni idrauliche UTET (principles) - G. K. Batchelor, An introduction to Fluid Dynamics. Cambridge University Press (advanced) Special issue: - S. B. Pope, Turbulent flows, Cambridge University Press - H. Schlichting, Boundary Layer Theory, Springer - P.G. Drazin and W. H. Reid, Hydrodynamic Stability, Cambridge Mathematical Library. - Theoretical Microfluidics, Henrik Bruus, Oxford Master Series.
Modalità di esame: prova orale obbligatoria;
Lo scopo dell'orale è verificare la capacità dello studente di esporre i concetti fondamentali degli argomenti trattati a lezione con particolare attenzione alla descrizione dei processi fisici. L’esame sarà sostenuto dallo studente esclusivamente in forma orale e si basa su tre domande. L'elenco delle possibili domande sarà presentato a lezione. Lo studente dovrà esporre un argomento a sua scelta e verrà poi interrogato su altri due argomenti scelti dal docente.
Exam: compulsory oral exam;
The aim of the exam is to test whether the student is able to illustrate the fundamentals concepts of the subject, with particular emphasis on the physical processes. The exam is in oral form and it is organized in three questions. The list of possible questions will be presented during the lectures. The student chooses one question and then must answer to other two questions chosen by the teacher.


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