Il Corso, proposto al secondo anno della laurea in Ingegneria Energetica, fornisce allo studente l'approfondimento delle conoscenze di base per lo studio termofluidodinamico degli impianti termici di potenza e di processo. Dopo un richiamo sui fenomeni dello scambio termico e del moto dei fluidi, si affrontano problematiche inerenti il trasferimento di massa, energia e quantitą di moto dei fluidi termovettori monofase; lo studio del moto dei fluidi viene esteso ai mezzi porosi e ai deflussi bifase. Vengono illustrati i pił noti modelli dello scambio termico per convezione, accennando anche allo scambio termico nei fluidi bifase. Viene poi approfondito lo studio della conduzione termica nei solidi in regime stazionario e transitorio; viene infine approfondito lo studio dello scambio termico per irraggiamento e degli scambiatori di calore e si analizza il principio di funzionamento dei tubi di calore. Il corso č composto di lezioni, in cui vengono esposti gli argomenti teorici, corredati di numerosi esempi, e esercitazioni, nelle quali vengono affrontati e risolti problemi di interesse pratico. Le esercitazioni comprendono laboratori sperimentali sul moto dei fluidi monofase e bifase in condotti.

Al termine del corso gli allievi devono essere in grado di:
conoscere i principali fenomeni che sono alla base del trasporto di calore e del moto dei fluidi negli impianti termici e nei processi di conversione energetica;
conoscere le metodologie per impostare correttamente il bilancio di massa, energia e quantitą di moto applicato a corpi solidi o a fluidi in movimento;
saper usare correttamente le tecniche di calcolo e le correlazioni fenomenologiche nella verifica e nel progetto di componenti e sistemi adibiti al trasporto di massa ed energia con fluidi monofase;
conoscere la fenomenologia di componenti e sistemi adibiti al trasporto di massa ed energia con fluidi bifase;
effettuare calcoli termofluidodinamici di verifica e di progetto degli scambiatori di calore; approfondire i metodi di calcolo dello scambio termico per irraggiamento.

Si richiedono conoscenze pregresse di Analisi matematica, Fisica, Termodinamica, moto dei fluidi e scambio termico.

TERMOCINETICA

1) Proprietą termodinamiche e di trasporto, leggi fenomenologiche dello scambio termico; equazioni di conservazione, analisi dimensionale e meccanica dei fluidi
Richiami sul moto dei fluidi e sui processi di scambio termico; leggi fenomenologiche; richiami sulle proprietą termodinamiche e di trasporto dei fluidi e dei solidi.
Statica dei fluidi: campo di pressione nei fluidi in quiete e calcolo delle spinte su pareti.
Equazioni differenziali di conservazione della massa, dell'energia e della quantitą di moto, equazioni di Navier-Stokes e di Eulero.
Equazioni integrali di conservazione.
Applicazione dell'analisi dimensionale al deflusso e allo scambio termico; numeri adimensionati, loro deduzione e significato fisico; similitudine.
Moto di fluidi ideali, potenziale di velocitą e linee di corrente; moto irrotazionale bidimensionale di fluidi incomprimibili; equazione di Bernoulli per fluidi ideali e reali.
Moto di fluidi viscosi: equazioni di Prandtl dello strato limite; strato limite laminare e turbolento, fenomenologia e calcolo dello spessore nel moto di una corrente su di un piatto.
Moto di fluidi viscosi in condotti: profilo di velocitą e fattore d'attrito nel deflusso laminare; moto turbolento, equazioni di Reynolds, teoria della lunghezza di mescolamento di Prandtl; profili di velocitą e fattore d'attrito nel deflusso turbolento; cadute di pressione nel deflusso su banchi di tubi.
Cadute di pressione nelle singolaritą.
Trasporto di massa: legge di Fick della diffusione; analogie e numeri adimensionati.
2) Conduzione del calore
Richiami sulla legge fondamentale della conduzione; conduzione monodimensionale in regime stazionario senza generazione di calore; campo termico in un mezzo generante calore.
Scambio termico su superficie estese (superficie alettate).
Conduzione del calore multidimensionale in regime stazionario, soluzioni analitiche in geometria piana e cilindrica.
Conduzione del calore in regime transitorio: soluzione a parametri concentrati.
Conduzione del calore in regime transitorio: soluzioni analitiche in geometria piana e cilindrica.
Conduzione del calore in regime stazionario e transitorio: metodi numerici.

TERMOFLUIDODINAMICA

1) 'Meccanica dei fluidi'
Deflusso dei fluidi nei mezzi porosi; permeabilitą e legge di Darcy.
Deflusso in canali a pelo libero.
Cenni sui deflussi bifase: grandezze fondamentali, regimi di deflusso ed elementi per il calcolo della frazione di vuoto; calcolo delle cadute di pressione localizzate e distribuite nei condotti.
2) 'Scambio termico nei fluidi'
Richiami sui meccanismi di trasferimento del calore nei fluidi; scambio termico per convezione, coefficiente di scambio termico.
Numeri adimensionati e correlazioni empiriche per il calcolo del coefficiente di scambio termico nel deflusso laminare e turbolento in condotti, su banchi di tubi e in regime di convezione naturale.
Scambio termico nel moto laminare in condotti, modelli teorici.
Scambio termico nel moto turbolento in condotti, analogie.
Scambio termico in convezione naturale e mista.
Cenni sullo scambio termico bifase: fenomenologia, crisi termica, condensazione; metodi di calcolo.
3) 'Scambiatori di calore e tubi di calore'
Scambiatori di calore: richiami su tipologie, calcolo di progetto e verifica con i metodi della differenza di temperatura logaritmica media e NUT. Dimensionamento di uno scambiatore di calore a fascio tubero.
Tubi di calore: tipologie e cenni sui metodi di calcolo.
4) 'Irraggiamento'
Scambio termico per irraggiamento: richiami su leggi fondamentali, proprietą dei materiali, corpo nero e corpo grigio, analogia elettrica; funzioni di radiazione; irraggiamento di gas e vapori.

TERMOCINETICA

Laboratorio: Misura delle cadute di pressione distribuite in tubi e localizzate in singolaritą; analisi dei dati e confronto con le previsioni teoriche.

Esercitazioni: Problemi di statica dei fluidi; applicazioni delle equazioni di conservazione; analisi dimensionale e similitudine; moto dei fluidi ideali e reali in condotti e studio della circolazione in circuiti adiabatici. Conduzione del calore nei solidi in regime stazionario; calcolo di alettature; conduzione multidimensionale in regime stazionario e transitorio con soluzioni analitiche; conduzione del calore con metodi numerici.

TERMOFLUIDODINAMICA

Laboratorio: Osservazione di regimi di deflusso e misura della frazione di vuoto nel deflusso di miscele bifase aria - acqua in tubi.

Esercitazioni: Calcolo di canali a pelo libero; frazione di vuoto e cadute di pressione col modello omogeneo. Calcolo del coefficiente di scambio termico per convezione forzata in moto laminare e turbolento in condotti e su banchi di tubi, scambio termico in regime di convezione naturale e mista. Calcoli di dimensionamento e verifica di scambiatori di calore. Calcolo di tubi di calore. Calcoli di scambio termico per irraggiamento fra corpi grigi in assenza e in presenza di gas assorbenti interposti.

Lezioni di Termocinetica e Termofluidodinamica (appunti C. Bertani, B. Panella, M.Malandrone).
J.P. Holman, Heat Transfer, 1986.
J.D. Parker, J.H. Boggs, E.F. Blic, Introduction to fluid mechanics and heat transfer, 1969.
F.H. White, Fluid mechanics, 1986.
P.B. Whalley, 'Boiling, Condensation and Gas-liquid Flow', Clarendon, Oxford, 1986.

Il controllo dell'apprendimento viene effettuato mediante una prova d'esame scritta, unica per entrambe le parti del corso, che comprende sia esercizi che argomenti di teoria; alla valutazione concorrono anche gli elaborati delle esercitazioni di laboratorio. Coloro che conseguono una votazione non inferiore a 27/30 possono, facoltativamente, sostenere anche una prova orale.