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PORTALE DELLA DIDATTICA

Gasdinamica

02BAQMT

A.A. 2020/21

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Aerospaziale - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 60
Esercitazioni in aula 17.5
Esercitazioni in laboratorio 2.5
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Cafiero Gioacchino - Corso 2 Docente esterno e/o collaboratore   60 17.5 25 0 2
Iuso Gaetano - Corso 1 Professore Ordinario ING-IND/06 60 17.5 25 0 10
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/06 8 B - Caratterizzanti Ingegneria aerospaziale ed astronautica
2020/21
L'insegnamento è indirizzato alla comprensione di campi di moto gasdinamici di interesse aerospaziale, al fine di interpretare le diverse fenomenologie e di assimilare gli strumenti di base per la soluzione di problemi aerogasdinamici. Si considerano problemi di flussi esterni con riferimento agli aspetti delle aerodinamici di un corpo in volo, con particolare riguardo al regime in cui la compressibilità attraverso urti ed espansioni supersoniche presenta un ruolo importante (regimi di alto subsonico, transonico, supersonico e ipersonico). Vengono introdotti anche i flussi interni caratterizzati da effetti viscosi e da trasmissione di flussi di calore. Sono forniti cenni sulla fenomenologia di un flusso ipersonico relativamente alle problematiche connesse alla fase di rientro in atmosfera di una navetta spaziale. Nella prima parte del corso viene trattato il flusso inviscido e si presenta il quadro delle equazioni di governo di tali flussi. Vengono quindi esaminati i flussi canonici di riferimento utili per lo studio dei flussi attorno a profili alari, ali e corpi di rivoluzione immersi in un flusso ad alta velocità. Nella seconda parte del corso vengono introdotti gli effetti della viscosità e della conducibilità dei gas sulle fenomenologie aerogasdinamiche, vengono pertanto ricavate le equazioni di governo e sono specializzate per lo strato limite. In particolare viene esaminato il campo di moto accoppiato cinematico e termico che si genera nello strato limite per effetto dell'alta velocità e della conducibilità termica della parete lambita. Sono ricavate soluzioni analitiche delle equazioni per casi semplici. Infine si descrive la fenomenologia di base dei flussi ipersonici con particolare riguardo ai processi chimici che prendono corpo a valle di urti e nello strato limite.
The teaching is aimed at the understanding of gasdynamic flow fields of aerospace interest, in order to interpret the different phenomenologies and to assimilate the basic tools for the solution of aerogasdynamic problems. External flow problems are considered with reference to the aerodynamic aspects of a body in flight, with particular regard to the regime in which the compressibility through supersonic shocks and expansions plays an important role (high subsonic, transonic, supersonic and hypersonic regimes). Internal flows characterized by viscous effects and heat transfer transmission are also introduced. An overview of the phenomenology of a hypersonic flow is given with regard to the problems related to the return phase of a space shuttle. In the first part of the course the inviscid flow is treated and the picture of the equations governing these flows is presented. The canonical reference flows useful for the study of flows around wing profiles, wings and revolving bodies immersed in a high-speed flow are then examined. In the second part of the course the effects of the viscosity and of the conductivity of the gases on the aerogasdynamic phenomena are introduced. Therefore the equations of government are obtained and are specialized for the boundary layer. In particular, the kinematic and thermal coupled flow fields that is generated in the boundary layer is examined due to the effect of the high speed and the thermal conductivity. Analytical solutions of the equations are obtained for simple cases. Finally the description of the basic phenomenology of hypersonic flows with particular regard to the chemical processes that take place downstream a shock wave and in the boundary layer is given.
Il corso è indirizzato allo sviluppo negli studenti delle capacità di interpretare e comprendere gli aspetti fondamentali che caratterizzano i processi aerogasdinamici nel campo aerospaziale. Saranno potenziate anche le capacità di analisi quantitative attraverso l'acquisizione di strumenti di base per la soluzione di problemi tipici dei flussi caratterizzati da alta velocità. Sarà infine fornita seppure in modo limitata un’attività a carattere sperimentale a supporto di alcuni argomenti trattati a lezione.
Students will acquire the ability to interpret and understand the fundamental aspects that characterize the gas dynamics processes in aerospace applications. Analysis capabilities will be enhanced through the acquisition of quantitative tools for the solution of typical problems of flows characterized by high speeds. Some experimental activity in support of some topics covered in class will be carried out.
Conoscenza dei contenuti del corso di Termodinamica e di Aerodinamica.
Knowledge of the course content of Thermodynamics and Aerodynamics.
Concetti introduttivi. Richiami della teoria cinetica dei gas. Richiami di concetti di termodinamica. Proprietà di trasporto dei fluidi: viscosità, conducibilità e diffusività. Concetto di compressibilità e condizione di compressibilità. Forze agenti su un corpo lambito da una corrente Flusso inviscido. Forma integrale delle leggi di conservazione. Forma differenziale delle equazioni. Equazione del potenziale. Teorema di Crocco. Flusso uni-dimensionale. Velocità del suono e numero di Mach. Relazioni dell'urto retto. Tubo d'urto. Propagazione di onde d'urto. Flusso di Rayleigh. Flusso di Fanno. Onde oblique in flussi supersonici. Polare dell’urto. Linee di Mach. Espansione di Prandtl-Meyer ed epicicloide. Onda d'urto obliqua. Polare dell'urto. Diagramma pressione-deflessione. Riflessione e intersezione di urti obliqui. Urti staccati e curvi dal corpo tozzo. Riflessione di onde di espansione. Interazione urto-espansione. Flusso quasi-unidimensionale. Equazione linearizzata del potenziale. Flusso subsonico linearizzato. Flusso supersonico linearizzato. Numero di Mach critico e Mach di drag rise. Profili sottili in flussi supersonici. Flusso transonico. Profili supercritici per il volo transonico. Corpo di minima resistenza d'onda. Regola delle aree. Caratteristiche aerodinamiche di profili alari e di ali in flussi compressibili. Flusso su cunei bidimensionali, su coni e su corpi di rivoluzione allungati. Effetti della viscosità e della conducibilità. Equazioni di governo. Equazioni per lo strato limite termico. Flusso di Couette termico. Soluzioni dell'equazione dell'energia. Analogie di Reynolds. Strato limite termico turbolento. Correzione del coefficiente di attrito per effetto della compressibilità e della temperatura di parete. Flussi di calore su placca piana, su bordi di attacco cilindrici e sferici. Fenomenologia dei flussi ipersonici. Teoria Newtoniana. Cenni sull’equilibrio chimico per una miscela di gas ad alta temperatura. Processi chimici a valle dell'urto retto e nello strato limite.
Introductory concepts. Recalls of the kinetic theory of gases. Recalls of concepts of thermodynamics. Fluid transport properties: viscosity, conductivity and diffusivity. Concept of compressibility and condition of compressibility. Forces acting on a body in a stream varying the gas speed. Invisible flow. Integral form of conservation laws. Differential form of the equations. Potential equation. Crocco's theorem. One-dimensional flow. Speed of sound and number of Mach. Relationships of the rectum. Shock tube. Shock wave propagation. Rayleigh flow and Fanno flows. Oblique waves oblique in supersonic flows. Polar of impact. Mach lines. Prandtl-Meyer expansion. Oblique shock wave. Shock polar. Pressure-deflection diagram. Reflection and intersection of oblique shocks. Bumps detached and bent from the stocky body. Reflection of expansion waves. Impact-expansion interaction. Quasi-one-dimensional flow. Linearized potential equation. Linearized subsonic stream. Linearized supersonic flow. Critical Mach number and Mach of drag rise. Thin airfoils for supersonic flows. Transonic flow. Supercritical airfoils for transonic flight. Minimum wave drag body. Area rule. Aerodynamic characteristics of airfoils and wings in compressible flows. Flow on two-dimensional wedges, on cones and on slender bodies. Effects of viscosity and conductivity. Conservation equations. Equations for the thermal boundary layer. Thermal Couette flow. Solutions of the energy equation. Reynolds analogies. Turbulent thermal boundary layer. Correction of the friction coefficient due to compressibility and wall temperature. Heat flux on flat plate, on cylindrical and spherical stagnation points. Phenomenology of hypersonic flows. Newtonian theory. Overview of the chemical equilibrium for a high temperature gas mixture. Chemical processes downstream of impact and in the boundary layer.
A lato della presentazione degli argomenti trattati nel corso, sono sviluppate in aula semplici valutazioni quantitative. Sono svolte anche esercitazioni in laboratorio inerenti allo studio del flusso attorno ad un profilo alare, allo studio del flusso in una tavola ad acqua e allo studio del flusso attorno a corpi semplici in una piccola galleria supersonica. Si richiede allo studente una relazione scritta che verrà discussa in sede di esame.
Together with the presentation of the topics covered in the course, exercise sessions are developed in the classroom. Laboratory exercises related to the study of flow around an airfoil, the study of the flow in a water table and the study of the flow around simple bodies in a small supersonic wind tunnel are also conducted. The student is asked to write a report which will be discussed in the examination.
Modern Compressible Flow J.D. Anderson ( McGraw Hill ) Elements of Gasdynamics H.W. Liepmann & A. Roshko ( J.Wiley & Sons ) Viscous Fluid Flow F.M. White ( McGraw Hill ) Gasdinamica. Problemi risolti e richiami di teoria G. Iuso - F.Quori ( Levrotto- Bella )
Modern Compressible Flow J.D. Anderson ( McGraw Hill ) Elements of Gasdynamics H.W. Liepmann & A. Roshko ( J.Wiley & Sons ) Viscous Fluid Flow F.M. White ( McGraw Hill ) Gasdinamica. Problemi risolti e richiami di teoria G. Iuso - F.Quori ( Levrotto- Bella )
Modalità di esame: Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus);
L'esame si svolge in forma scritta mediante la piattaforma Exam con lo strumento di proctoring ed è strutturato in due sezioni. La prima sezione è composta da trenta quiz con risposta multipla che coprono l’intero programma svolto. La seconda sezione richiede lo svolgimento di quattro esercizi concettuali per ognuno dei quali vengono richiesti più risultati. La risposta inserita dallo studente è considerata corretta con un margine di errore pari a +/- 5%. La valutazione della prima sezione prevede 1 punto per la risposta corretta e una penalizzazione di 0.25 punti per ogni risposta errata. Ogni esercizio numerico prevede un punteggio massimo di 2 punti senza penalizzazione. Il punteggio finale è scalato in trentesimi. Per la risoluzione degli esercizi è possibile consultare solo il formulario, tabelle e diagrammi disponibili sul sito web del corso accessbile attraverso un link fornito all'interno del compito. A discrezione del docente può essere richiesta una prova orale aggiuntiva. E’ possibile ritirarsi entro cinque minuti dalla chiusura del compito inviando comunicazione via email al docente. Il compito dello studente che si ritira non verrà valutato. . .
Exam: Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus);
The exam takes place in written form through the Exam platform with the proctoring tool and is structured in two sections. The first section is made up of thirty multiple choice quizzes covering the entire program. The second section is made of four conceptual exercises for each of which multiple results are required. The answer entered by the student is considered correct within +/- 5% of the exact answer. The evaluation of the first section foresees 1 point for the correct answer and a penalty of 0.25 points for each wrong answer. Each numerical exercise has a maximum score of 2 points without penalty. The final score is scaled in thirtieths. For the resolution of the exercises it is possible to consult only the form, tables and diagrams available on the course website accessible through a link provided within the task. At the discretion of the module leader, an additional oral test may be requested. It is possible to withdraw within five minutes from the end of the task by sending an email communication to the teacher. The test submitted by a student who withdrew will not be assessed.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus);
1) Prova Scritta (in aula) L'esame si svolge in forma scritta ed è strutturato in tre sezioni. La prima sezione è composta da venti domande che coprono l’intero programma svolto e a cui bisogna dare risposte brevi. La seconda parte prevede due domande di approfondimento dove sono previste anche trattazioni analitiche. La terza sezione richiede lo svolgimento di due esercizi. Per ogni sezione sono disponibili dieci punti. Per la prima e la seconda sezione non è possibile consultare alcun materiale didattico. Per la risoluzione degli esercizi è possibile consultare solo il formulario, tabelle e diagrammi disponibili sul sito web del corso. A discrezione del docente può essere richiesta una prova orale aggiuntiva. E’ possibile ritirarsi entro le due ore previste per la prova senza che questo comporti la registrazione del voto. 2) Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus) L'esame si svolge in forma scritta mediante la piattaforma Exam con lo strumento di proctoring ed è strutturato in due sezioni. La prima sezione è composta da trenta quiz con risposta multipla che coprono l’intero programma svolto. La seconda sezione richiede lo svolgimento di quattro esercizi concettuali per ognuno dei quali vengono richiesti più risultati. La risposta inserita dallo studente è considerata corretta con un margine di errore pari a +/- 5%. La valutazione della prima sezione prevede 1 punto per la risposta corretta e una penalizzazione di 0.25 punti per ogni risposta errata. Ogni esercizio numerico prevede un punteggio massimo di 2 punti senza penalizzazione. Il punteggio finale è scalato in trentesimi. Per la risoluzione degli esercizi è possibile consultare solo il formulario, tabelle e diagrammi disponibili sul sito web del corso accessbile attraverso un link fornito all'interno del compito. A discrezione del docente può essere richiesta una prova orale aggiuntiva. E’ possibile ritirarsi entro cinque minuti dalla chiusura del compito inviando comunicazione via email al docente. Il compito dello studente che si ritira non verrà valutato. . .
Exam: Written test; Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus);
1) Written exam (in classroom) The exam takes place in written form and is structured in three sections. The first section is made up of twenty questions covering the entire program and which must be answered briefly. The second part includes two in-depth questions where analytical treatments are also requested. The third section requires two exercises. Ten points are available for each section. For the first and second sections it is not possible to consult any support material. For the resolution of the exercises it is possible to consult only the form, tables and diagrams available on the course website. At the discretion of the module leader, an additional oral test may be requested. It is possible to withdraw within the two hours provided for the test without this involving the registration of the mark. 2) Exam Platform The exam takes place in written form through the Exam platform with the proctoring tool and is structured in two sections. The first section is made up of thirty multiple choice quizzes covering the entire program. The second section is made of four conceptual exercises for each of which multiple results are required. The answer entered by the student is considered correct within +/- 5% of the exact answer. The evaluation of the first section foresees 1 point for the correct answer and a penalty of 0.25 points for each wrong answer. Each numerical exercise has a maximum score of 2 points without penalty. The final score is scaled in thirtieths. For the resolution of the exercises it is possible to consult only the form, tables and diagrams available on the course website accessible through a link provided within the task. At the discretion of the module leader, an additional oral test may be requested. It is possible to withdraw within five minutes from the end of the task by sending an email communication to the teacher. The test submitted by a student who withdrew will not be assessed


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