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PORTALE DELLA DIDATTICA

Meccanica dei fluidi

07BOXMN

A.A. 2018/19

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 39
Esercitazioni in aula 18
Esercitazioni in laboratorio 3
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Boano Fulvio - Corso 2 Professore Associato ICAR/01 39 3 12 0 6
Butera Ilaria - Corso 1 Professore Associato ICAR/01 39 0 12 0 11
Manes Costantino - Corso 3   Professore Associato ICAR/01 39 0 6 0 2
Collaboratori
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Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ICAR/01 6 C - Affini o integrative Attività formative affini o integrative
2018/19
L’insegnamento ha come obiettivo quello di fornire agli studenti i fondamenti della statica e della dinamica dei fluidi in assenza di scambi di calore. L’insegnamento ruota attorno allo studio ed all’applicazione delle equazioni che esprimono il bilancio di quantità di moto, energia meccanica e massa, sia in forma indefinita che globale.
The aim of the course is to give the basic knowledge of statics and dynamics for fluids in absence of heat transfer. The course is based on the study and the application of the equations for the momentum and mass conservation.
Conoscenza delle proprietà dei fluidi comprimibili e incomprimibili. Conoscenza dei principi di funzionamento degli strumenti di misura delle proprietà statiche, cinematiche e dinamiche dei fluidi Capacità di calcolo delle spinte dei fluidi sulle superfici. Conoscenza delle problematiche relative al moto dei fluidi Conoscenza delle tecniche di progettazione e verifica delle condotte in pressione in moto permanente. Capacità di effettuare il dimensionamento di condotte.
Knowledge of the properties of compressible and incompressible fluids. Knowledge of the functioning of instruments for measuring static, kinematic and dynamic properties of fluids. Ability to calculate fluid forces on surfaces. Knowledge of problems related to turbulent flows. Knowledge of design methods for pressurized pipes in permanent regime. Ability to perform the dimensioning of pipelines.
Conoscenze di analisi matematica (equazioni differenziali, integrali) e delle nozioni di fisica relative alle grandezze meccaniche.
Knowledge of calculus (differential equations, integrals) and the concepts of physics relating to mechanics
I fluidi e le loro caratteristiche: definizione di fluido; i fluidi come sistemi continui; grandezze della meccanica dei fluidi e unità di misura; proprietà fisiche; sforzi nei sistemi continui (teorema di Cauchy). Statica dei fluidi: equazione indefinita della statica dei fluidi; equazione globale dell’equilibrio statico; statica dei fluidi pesanti incomprimibili; misura delle pressioni; spinta su superfici piane; spinta su superfici curve; spinta su corpi immersi; equilibrio relativo. Cinematica dei fluidi: impostazione euleriana e lagrangiana (derivata materiale); Linee di corrente, traiettorie, linee di fumo etc; equazione di continuità (locale e globale); concetto di vorticità e di irrotazionalità; tensore delle velocità di deformazione e significato fisico dei termini. Dinamica dei fluidi: equazione indefinita e globale dell’equilibrio dinamico; equazioni di Eulero (fluidi perfetti); equazione globale di equilibrio per un fluido perfetto; teorema di Bernoulli; estensione del teorema di Bernoulli ad una corrente. Analisi dimensionale: adimensionalizzazione e normalizzazione; teorema di Buckingham; similarità. Moto dei fluidi reali: Equazione indefinita (Navier Stokes) e globale; esperienza di Reynolds (regimi di movimento); correnti in pressione; trascinamento; moto laminare in condotta, legge di Poiseuille; cenni sulle caratteristiche generali del moto turbolento; equazioni di Reynolds; Significato fisico degli sforzi di Reynolds; Moto nei tubi lisci e nei tubi scabri; diagramma di Moody e Nikuradse; perdite di carico localizzate; Tracciamento linee di carico su condotte in pressione; inserimento di pompe e turbine in sistemi di condotte; cenni di moto vario. Soluzioni approssimate dell’equazione di Navier Stokes: Approssimazione lento scorrimento; Moti irrotazionali: concetti generali, funzione potenziale, equazione di Laplace, condizioni al contorno, teorema di Bernoulli esteso ai moti irrotazionali; cenni di teoria dello strato limite. Flussi intorno a corpi: forze di resistenza e portanza; flussi intorno a cilindri, sfere e altre forme.
Fluids and their characteristics: definition of fluid; fluids as continuous systems; variables and units of measure of fluid mechanics, physical properties, flow regimes; stresses in continuous systems. Statics of fluids: Local and control-volume equations; statics of uncompressible heavy fluids; pressure measurements; forces on flat surfaces; forces on curved surfaces; forces on immersed bodies. Kinematics of fluids: Eulerian and Lagrangian approaches; velocity and acceleration, continuity equation and state equations. Flow regimes. Streamlines, Trajectories and streaklines; Vorticity and irrotationality; the strain-rate tensor. Dynamics of ideal fluids: Euler’s equation. Control-volume equation; Bernoulli's theorem; applications; extension of the Bernoulli theorem to a streamtube; Venturi-meters. Dimensional analysis, similarity and the Buckingham theorem Dynamics of real fluids: Reynolds' experiment; laminar flow; general characteristics of turbulent flow; Reynolds’ equations; physical meaning of the Reynolds stress terms; Dhear stress distribution in pipe flows; smooth- and rough-wall flow; Moody's chart; empirical formulas. Minor losses. Fundamentals of unsteady flows. Approximate solutions of the Navier Stokes equations: creeping flow: irrotational flow, the potential function, Laplace equation, boundary conditions, the bernoulli therem ofr irrotational flows; Boundary layers:, equations, pressure gradient effects and separation. Flows around bodies: drag and lift, flows around cylinders and spheres.
L'insegnamento prevede lezioni teoriche ed esercitazioni in aula in un rapporto di circa 2:1. Le esercitazioni in aula tratteranno problemi pratici attinenti agli argomenti svolti durante le lezioni teoriche. Nelle esercitazioni di laboratorio l’allievo farà esperienza di fenomeni trattati a lezione quali i processi di efflusso, la cavitazione e le perdite di carico nelle condotte.
The course involves theoretical lectures (2/3) and tutorials (1/3) . During the lab tutorials the students will experience "hands on" practical aspects related to head losses in pipe flows, Bernoulli theorem in orifice flows and cavitation.
I testi di riferimento sono quelli sotto indicati; i testi, scelti tra quelli elencati, saranno comunicati a lezione dal docente titolare dell’insegnamento. Munson, Okiishi, Huebsch, RothMayer (versione italiana a cura di E. Larcan e P. Escobar Rojo). Meccanica dei Fluidi. Casa Editrice Citta Studi Cengel, Cimbala (versione italiana a cura G. Cozzo C. Santoro). Meccanica dei Fluidi. Casa Editrice McGraw Hill Citrini, Noseda - IDRAULICA - Casa editrice CEA S. Longo, MG Tanda. Esercizi di Idraulica e Meccanica dei Fluidi. Casa Editrice Springer Alfonsi, Orsi. Problemi di Idraulica e Meccanica dei Fluidi. Casa Editrice Ambrosiana
Munson, Okiishi, Huebsch, RothMayer Meccanica dei Fluidi. Casa Editrice Citta Studi Cengel, Cimbala Meccanica dei Fluidi. Casa Editrice McGraw Hill Citrini, Noseda - IDRAULICA - Casa editrice CEA S. Longo, MG Tanda. Esercizi di Idraulica e Meccanica dei Fluidi. Casa Editrice Springer Alfonsi, Orsi. Problemi di Idraulica e Meccanica dei Fluidi. Casa Editrice Ambrosiana
Modalità di esame: test informatizzato in laboratorio; prova orale facoltativa;
L'esame è costituito da una prova scritta (obbligatoria) e una prova orale (facoltativa). La prova scritta (durata: 2,5 ore) è svolta al LAIB e consta di: - 20 domande presentate al computer (a scelta multipla, oppure con risposta da calcolare numericamente). Le risposte sbagliate non comportano penalità. Le domande riguarderanno sia aspetti teorici sia esercizi numerici, al fine di valutare la comprensione dei concetti di base e la capacità di eseguire semplici valutazione quantitative; - una domanda aperta da svolgere su foglio. La domanda può riguardare qualsiasi argomento teorico o pratico svolto a lezione, con l’obbiettivo di valutare la capacità di descrivere e analizzare un problema in modo articolato. La domanda aperta verrà corretta e valutata solo se il test al computer è stato superato con sufficienza (almeno 12 risposte esatte su 20). Il voto complessivo della prova scritta è calcolato come media pesata del risultato del test su pc (peso: 65%) e della domanda aperta (peso: 35%). L'esame scritto si intende superato quando il candidato riporta una votazione complessiva maggiore o uguale a 18/30. Durante l’esame scritto non è consentito l’uso di libri, appunti e formulari, cellulari, smartphone, ecc. E’ richiesto avere con se una semplice calcolatrice portatile, fogli bianchi ed il necessario per scrivere. La prova orale (facoltativa) riguarda l’insieme degli argomenti esposti a lezione al fine di valutare la comprensione dei diversi aspetti teorici e pratici illustrati nel corso. Il risultato della prova orale può comportare una variazione da -6 a +6 punti sul voto finale.
Exam: computer lab-based test; optional oral exam;
The exam is composed of a (mandatory) written test and an (optional) oral test. The written test (duration: 2,5 h) is performed at LAIB and consists in: - 20 questions (multiple choice tests or numerical exercises) to be answered directly on pc. No penalty is assigned for incorrect answers. Questions will address both theoretical concepts and practical problems to evaluate the student’s understanding of fundamental concepts and the ability to perform simple quantitative assessments; - 1 open question to be answered on paper. The question can address any theoretical or practical topic shown during lectures, and is aimed to evaluate the student’s ability to analyse a problem in detail. The open question will be evaluated only if the pc test is passed (i.e., at least 12 correct answers out of 20). The grade of the written test is calculated as the weighted sum of the pc test (65%) and of the open question (35%). The written test is passed with a grade of at least 18/30. Books, notes, and cell phones are not allowed during the written test. The (optional) oral test can address all the topics discussed during lectures to evaluate the understanding of the different theoretical and practical topics covered in classes. The result of the oral test is added (minum/maximum points: -6 to +6) to the grade of the written test.


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