Il programma del corso, proposto al terzo anno della laurea in Ingegneria Energetica ed offerto a tutto l’Ateneo, è stato modificato rispetto alla stesura inizialmente presentata per il corrente anno accademico, includendo alcuni argomenti di termofluidodinamica bifase non più reperibili nell’offerta formativa a seguito della mancata attivazione del corso di Termofluidodinamica multifase.
Il corso si propone di ampliare lo studio dei processi termodinamici dei convertitori di energia più rilevanti nei sistemi industriali, già affrontato nell’ambito della Fisica tecnica e della Termodinamica applicata, trattando in particolare la criogenia e la liquefazione e i dispositivi termoelettrici.
Nel corso vengono inoltre forniti gli elementi di base della fenomenologia e dei modelli della termofluidodinamica multifase dei fluidi utilizzati nei processi, con particolare riguardo al moto dei fluidi bifase e allo scambio termico con cambiamento di fase in regime di evaporazione. Si accenna inoltre agli effetti della microgravità sulla termoidraulica bifase e alle applicazioni agli heat pipe e ai circuiti capillari.
Le problematiche trattate nel corso sono di fondamentale importanza nell'impiantistica termotecnica, chimica, alimentare, nel settore aerospaziale, petrolifero e dell’autoveicolo, nella progettazione di centrali termoelettriche e nucleari, e, in generale, nello studio dei componenti e dei sistemi operanti con fluidi in cambiamento di fase.
Il corso si articola in lezioni teoriche ed esercitazioni di calcolo applicate a sistemi reali; viene inoltre offerto un tutoraggio presso un’apparecchiatura didattica di laboratorio dedicata al deflusso di miscele bifase aria – acqua.

Al termine del corso gli allievi sapranno applicare ai sistemi energetici analizzati le leggi fondamentali della Termodinamica e utilizzare le conoscenze acquisite ai fini della progettazione ottimale dei medesimi sistemi.
Gli allievi conosceranno inoltre la fenomenologia e saranno in grado di effettuare la modellazione termoidraulica di componenti e sistemi adibiti al trasporto di massa ed energia con fluidi bifase, effettuando calcoli di verifica e progetto.

Si richiedono conoscenze fisico-matematiche pregresse di Analisi matematica e Fisica e di termodinamica e trasmissione del calore (corsi di Termodinamica applicata e trasmissione del calore o di Fisica tecnica).

PARTE DI COMPLEMENTI DI TERMODINAMICA APPLICATA
Lezioni (13.5 ore)
Parte I: Criogenia e liquefazione
Riepilogo di Termodinamica: Effetto Joule Thomson, Curva di inversione, Temperatura di inversione.
Cicli per gas con temperatura di inversione maggiore della temperatura ambiente: Ciclo Linde e sue modifiche.
Cicli per gas con temperatura di inversione minore della temperatura ambiente: Ciclo con espansione intermedia (Claude, Collins).
Parte II: Dispositivi termoelettrici
Caratterizzazione teorica dei fenomeni termoelettrici, principi di funzionamento di un dispositivo Peltier per la refrigerazione e la generazione di potenza elettrica. Determinazione delle prestazioni (concetto di figura di merito), influenza dei materiali sulle prestazioni dei dispositivi.

PARTE DI TERMOFLUIDODINAMICA BIFASE
Lezioni (19.5 ore):
Parte I: Deflussi bifase
Grandezze caratteristiche del deflusso bifase.
Cadute di pressione distribuite in deflusso bifase: bilancio di quantità di moto, calcolo del grado di vuoto e dei moltiplicatori bifase.
Cadute di pressione in singolarità geometriche.
Parte II: Scambio termico in regime di ebollizione
Ebollizione in fluido stagnante: fenomenologia, modelli di scambio termico in ebollizione nucleata e di previsione della crisi termica.
Ebollizione con deflusso: fenomenologia, modelli di scambio termico in ebollizione in convezione forzata, metodi di previsione della crisi termica.
Parte III
Effetti della microgravità sui deflussi e sullo scambio termico in bifase.
Cenni su heat pipe e circuiti capillari (Capillary Pumped Loop, Loop Heat Pipe).

Prevedono un ruolo attivo degli allievi per sviluppare in autonomia esercizi di calcolo in aula con riferimento ai sistemi trattati nel corso delle lezioni.

PARTE DI COMPLEMENTI DI TERMODINAMICA APPLICATA
Esercitazioni (16.5 ore)
- Ciclo di liquefazione del gas naturale con macchine frigorifere ausiliarie in cascata,
determinazione dei capisaldi, delle energie scambiate e dei livelli termici.
- Applicazione di dispositivi termoelettrici per generazione/refrigerazione e recupero energetico, modalità di scambio termico con pozzi e sorgenti.

PARTE DI TERMOFLUIDODINAMICA BIFASE
Esercitazioni (10.5 ore):
Calcolo delle cadute di pressione distribuite e localizzate.
Calcolo del flusso termico scambiato in ebollizione stagnante e con deflusso.
Calcolo del flusso di crisi termica.
E’ previsto un tutoraggio sul deflusso di miscele bifase aria – acqua presso l’apposita apparecchiatura didattica del Dipartimento Energia.

Parte di Complementi di termodinamica applicata
M. Calì, P. Gregorio: Termodinamica Voll. I e II. Progetto Leonardo. Ed. Esculapio, Bologna ' 1997
Cavallini A. Mattarolo L, Termodinamica Applicata ' Cleup Editore, Padova, 1988
Gregorio P. Esercizi svolti di Termodinamica ' Voll. I, II e III ' Levrotto e Bella, Torino 2002
Parte di Termofluidodinamica bifase
P.B. Whalley, 'Boiling, Condensation and Gas-liquid Flow', Clarendon, Oxford, 1987.
J.G. Collier, J.R. Thome, 'Convective Boiling and Condensation', Clarendon, Oxford, 1996.
R. Scardovelli, S. Manservisi, Termoidraulica dei flussi bifase, Ed. Esculapio, 2012.
Materiale fornito dal docente.

Parte di Complementi di termodinamica applicata
Stesura e discussione di un lavoro monografico su uno dei temi trattati.
Parte di Termofluidodinamica bifase
Esame orale sulla parte di teoria, con discussione dei risultati ottenuti durante le esercitazioni.