Il modulo si concentra sullo studio dei flussi comprimibili al fine di interpretarne le diverse fenomenologie e assimilare gli strumenti di base per la risoluzione di problemi di aerogasdinamica. Vengono considerati problemi di flusso esterno con riferimento agli aspetti aerodinamici di un corpo in volo, con particolare attenzione ai regimi in cui la comprimibilità, attraverso onde d'urto e espansioni supersoniche, gioca un ruolo importante (regimi subsonici elevati, transonici, supersonici e ipersonici). Sono inoltre presi in esame i flussi interni caratterizzati da effetti viscosi e trasferimento di calore. Viene fornita una panoramica dei flussi ipersonici, offrendo una comprensione fondamentale e teorie introduttive sui flussi. Il modulo è strutturato in due parti: inizialmente vengono presentati gli effetti della comprimibilità nei flussi inviscidi. Successivamente, vengono 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 vengono introdotti gli effetti della viscosità e della conducibilità termica, con particolare attenzione all’accoppiamento tra i campi di moto e termico. Sono presentate soluzioni analitiche ed empiriche dello strato limite comprimibile e termico in casi semplici. Infine, vengono discussi gli effetti del trasferimento di calore sulla transizione del flusso.

L'insegnamento 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 compressibili. Capacità di valutazione degli ordini di grandezza di fenomenologia fisiche che interessano i flussi compressibili.

Conoscenza dei contenuti esposti negli insegnamenti di Termofluidodinamica e di Aerodinamica. Fondamenti di calcolo scientifico, e di analisi matematica.

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. Derivazione delle equazioni di governo di un flusso reale (viscoso e conduttivo). Flusso non viscoso. Equazione del potenziale di velocità. 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 e studio di condotti ad area variabile. Flussi linearizzati. 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. Flussi viscosi. Effetti della viscosità e della conducibilità. Equazioni di governo. Equazioni per lo strato limite 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 lamina piana, su bordi di attacco cilindrici e sferici. Fenomenologia dei flussi ipersonici. Teoria Newtoniana. Cenni sugli effetti dello scambio di calore sulla stabilità di uno strato limite.

L'insegnamento è articolato come segue: Lezioni frontali (60h), Esercitazioni in aula (17.5h), Esercitazioni in laboratorio (2.5h). Nelle lezioni frontali si argomentano gli argomenti teorici trattati nel corso, con un approccio di didattica forntale. Tipicamente, una o due lezioni (fino ad un massimo di 3 ore) sono organizzate secondo una metodologia flipped learning. Le Esercitazioni in aula affrontano da un punto di vista di risoluzione di problemi semplici gli argomenti trattati durante l'insegnamento. Durante le sessioni di EA, si forniscono dei problemi da risolvere agli studenti, che poi vengono affrontati e discussi insieme ai docenti presenti in aula. Le Esercitazioni in laboratorio competono delle attività inerenti allo studio del flusso attorno ad un profilo alare per lo studio degli effetti della compressibilità con le teorie linearizzate; lo studio dell'analogia idrodinamica tra campo compressibile e campo idrodinamico di acqua bassa: lo studio di onde d'urto piane e coniche. Si richiede la redazione di una breve relazione sulle tre esercitazioni di laboratorio, che partecipa alla votazione finale fino ad un massimo di un punto.

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)

Dispense; Libro di esercitazione; Esercizi; Esercitazioni di laboratorio;

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Elaborato scritto individuale; Prova scritta in aula tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;

Exam: Written test; Individual essay; Computer-based written test in class using POLITO platform;

... L'esame si svolge in presenza, in forma scritta ed è strutturato in due sezioni. La prima sezione è composta da trenta domande a risposta multipla che coprono l’intero programma svolto. Ad ogni risposta esatta vengono assegnati 0,5punti mentre per ogni risposta errata si applica una penalizzazione di 0,125punti. La risposta non data non comporta valutazione. Il punteggio massimo conseguibile è pari a 15. Per la prima parte dell'esame non è possibile consultare alcun materiale didattico. Questa prova della durata di 1 ora viene svolta utilizzando la piattaforma Exam. La seconda parte da effettuare su materiale cartaceo richiede la soluzione di due esercizi da svolgere in 1 ora con un punteggio massimo di 15 punti. Ai fini di quest'ultima valutazione sarà ritirato il solo materiale cartaceo consegnato all'inizio della prova. Sarà comunque possibile utilizzare materiale cartaceo personale a supporto dello svolgimento. La seconda parte dell'esame della durata di 1 ora consiste nella risoluzione di due esercizi numerici. La valutazione è effettuata sia sullo svolgimento che viene effettuato su carta, sia sul risultato numerico, che viene registrato dallo studente sempre in piattaforma exam, per un punteggio massimo conseguibile pari a 15. Il forumulario consultabile durante la seconda parte verrà fornito mediante la piattaforma Exam. A discrezione del docente può essere richiesta una prova orale aggiuntiva. Questa prova consiste nell'approfondimento di argomenti di teoria trattati nell'insegnamento e nello svolgimento e/o discussione di due esercizi di natura numerica. La valutazione sarà coerente con le regole esposte precedentemente. Per ciascuna delle due parti precedentemente illustrate dell'esame è necessario conseguire un voto minimo pari a 8 punti. In caso contrario, l'esame non sarà considerato sufficiente. Per elaborato scritto individuale si intende il report inerente alle attività di laboratorio a cui sarà assegnato al massimo 1 punto. La consegna degli elaborati avviene attraverso il portale della didattica entro il primo appello d'esame della sessione ordinaria.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.