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Meccanica dei fluidi

07BOXMN

A.A. 2022/23

2020/21

Meccanica dei fluidi

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.

Meccanica dei fluidi

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.

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Conoscenza delle proprietà dei fluidi. Conoscenza delle proprietà statiche, cinematiche e dinamiche dei fluidi e dei principi di funzionamento degli strumenti di misura. 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.

Meccanica dei fluidi

Knowledge of fluid properties. Knowledge of the static, kinematic and dynamic properties of fluids and functioning of instruments for measuring. Ability to calculate fluid forces on surfaces. Knowledge of problems related to motion of fluids. Knowledge of design methods for pressurized pipes in permanent regime.

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Conoscenze di analisi matematica (equazioni differenziali, integrali) e delle nozioni di fisica relative alle grandezze meccaniche.

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Knowledge of calculus (differential equations, integrals) and the concepts of physics relating to mechanics

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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; 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. Moto dei fluidi viscosi: equazione indefinita (Navier Stokes) e globale; esperienza di Reynolds (regimi di movimento); cenni sulle caratteristiche generali del moto turbolento; equazioni di Reynolds; significato fisico degli sforzi di Reynolds. Correnti in pressione: azione di trascinamento; moto laminare e moto turbolento in condotta, legge di Poiseuille; moto nei tubi lisci e nei tubi scabri; diagramma di Moody e Nikuradse; perdite di carico localizzate; tracciamento delle linee dei carichi su condotte in pressione; inserimento di pompe e turbine in sistemi di condotte; funzionamento delle condotte in depressione; cenni di moto vario. Soluzioni approssimate dell’equazione di Navier Stokes: approssimazione lento scorrimento; moti irrotazionali: concetti generali; cenni di teoria dello strato limite. Flussi intorno a corpi: forze di resistenza e portanza; flussi intorno a cilindri, sfere e altre forme.

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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; relative equilibrium. 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's theorem to a streamtube; Venturi-meters. Dimensional analysis, the Buckingham theorem Viscous fluids: Reynolds' experiment; laminar flow; general characteristics of turbulent flow; Reynolds’ equations; physical meaning of the Reynolds stress terms Pressurized flows: Shear stress distribution in pipe flows; smooth- and rough-wall flow; Moody's chart; empirical formulas; minor losses; total head line and piezometric line; insertion of turbines and pumps in hydraulic circuits; operation of pipes with negative relative pressures; fundamentals of unsteady flows. Approximate solutions of the Navier Stokes equations: creeping flow: irrotational flow: general concept; boundary layers: equations, pressure gradient effects and separation. Flows around bodies: drag and lift, flows around cylinders and spheres.

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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. Nel caso sia possibile didattica solo on line le esercitazioni di laboratorio saranno svolte attraverso video tutorial discussi in maniera interattiva con gli studenti.

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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. In case of remote teaching only, on line streaming video tutorials with interactive discussion will be used in place of the lab tutorials.

Meccanica dei fluidi

I testi consigliati di riferimento sono quelli sotto indicati; i testi principali di riferimento, 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 Kundu P.K., Fluid Mechanics , Academic Press 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

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The recommended reference texts are those indicated below; the main reference texts, chosen from those listed, will be communicated in class by the teacher in charge of the course. 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 Kundu P.K., Fluid Mechanics , Academic Press 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

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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);

Meccanica dei fluidi

L’esame è volto a valutare le competenze sia applicative sia teoriche acquisite durante l'insegnamento. L’esame (durata 2.5h) consiste in: - 10 quiz a risposta multipla o con risultato da calcolare numericamente presentati al computer, con pari punteggio. 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 - un esercizio a risposta aperta, da svolgere su foglio, con l’obiettivo di valutare la capacità di descrivere e analizzare un problema in modo articolato. - una domanda di teoria, da svolgere su foglio, con l’obiettivo di valutare la comprensione degli aspetti teorici della materia. Tutte le tre parti (quiz, esercizio, domanda di teoria) verranno valutate con un punteggio complessivo di 30 punti su 30. L’esercizio e la domanda di teoria saranno corretti e valutati solo se saranno stati svolti correttamente almeno 6 quiz su 10. Il punteggio finale sarà determinato da una media pesata con i seguenti pesi: quiz=50%, esercizio=20%, domanda di teoria=30%. Durante l’esame scritto non è consentito l’uso di libri, appunti e formulari, cellulari, smartphone, ecc.

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Exam: Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus);

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The exam is aimed at assessing both the applicative and theoretical skills acquired during the course. The exam (2.5h duration) consists in: - 10 questions (multiple choice tests or numerical exercises) to be answered directly on pc. Each answer is scored the same. 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; - one open exercise to be answered on paper. The question can address any theoretical or practical topic shown during lectures, and is aimed at evaluating the student’s ability to analyse a problem in detail. - one open theory question to be answered on paper. The question can address any theoretical addressed during the lectures, and is aimed at evaluating the student’s understanding of the theoretical aspects addressed during the course. All three parts (quiz, exercise, theory question) will be evaluated separately with a score up to 30 points out of 30. The open exercise and the theory question will be evaluated only if the pc test is passed (i.e., at least 6 correct answers out of 10). The final score will be a weighted mean of the three parts with the following weights: quiz=50%, exercise=20%, theory question=30%. The test is passed with a score of at least 18/30. Books, notes, and cell phones are not allowed during the test.

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Modalità di esame: Test informatizzato in laboratorio; Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus);

Meccanica dei fluidi

L’esame è volto a valutare le competenze sia applicative sia teoriche acquisite durante l'insegnamento. L’esame (durata 2.5h) consiste in: - 10 quiz a risposta multipla o con risultato da calcolare numericamente presentati al computer, con pari punteggio. 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 - un esercizio a risposta aperta, da svolgere su foglio, con l’obiettivo di valutare la capacità di descrivere e analizzare un problema in modo articolato. - una domanda di teoria, da svolgere su foglio, con l’obiettivo di valutare la comprensione degli aspetti teorici della materia. Tutte le tre parti (quiz, esercizio, domanda di teoria) verranno valutate con un punteggio complessivo di 30 punti su 30. L’esercizio e la domanda di teoria saranno corretti e valutati solo se saranno stati svolti correttamente almeno 6 quiz su 10. Il punteggio finale sarà determinato da una media pesata con i seguenti pesi: quiz=50%, esercizio=20%, domanda di teoria=30%. Durante l’esame scritto non è consentito l’uso di libri, appunti e formulari, cellulari, smartphone, ecc.

Meccanica dei fluidi

Exam: Computer lab-based test; Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus);

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The exam is aimed at assessing both the applicative and theoretical skills acquired during the course. The exam (2.5h duration) consists in: - 10 questions (multiple choice tests or numerical exercises) to be answered directly on pc. Each answer is scored the same. 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; - one open exercise to be answered on paper. The question can address any theoretical or practical topic shown during lectures, and is aimed at evaluating the student’s ability to analyse a problem in detail. - one open theory question to be answered on paper. The question can address any theoretical addressed during the lectures, and is aimed at evaluating the student’s understanding of the theoretical aspects addressed during the course. All three parts (quiz, exercise, theory question) will be evaluated separately with a score up to 30 points out of 30. The open exercise and the theory question will be evaluated only if the pc test is passed (i.e., at least 6 correct answers out of 10). The final score will be a weighted mean of the three parts with the following weights: quiz=50%, exercise=20%, theory question=30%. The test is passed with a score of at least 18/30. Books, notes, and cell phones are not allowed during the test.



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