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Laboratorio computazionale di scambio termico e Fondamenti di macchine

01TYBMK

A.A. 2019/20

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 21
Esercitazioni in aula 3
Esercitazioni in laboratorio 36
Tutoraggio 30
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
2019/20
Il corso si concentra sulla soluzione di problemi di conduzione in regime permanente e stazionario, mono e bidimensionali, scelti come una delle classi fondamentali di problemi nelle applicazioni energetiche, e come paradigmi per il caso generale di equazioni alle derivate parziali ellittiche e paraboliche. Entrambi i problemi vengono affrontati utilizzando sia lo strumento delle differenze finite sia quello degli elementi finiti. Lo strumento fonadamentale per la soluzione di problemi di conduzione 1D e' MATLAB, sul quale si concentra la prima parte del corso. Lo strumento selezionato per la soluzione dei problemi di conduzione 2D e' invece il Software Freefem++, usato nella seconda parte del corso.
The course focuses on the solution of 1D and 2D steady-state and transient heat conduction problems. These were chosen both as one of the fundamental classes of problems in energy applications and as a paradigm for the general case of elliptic and parabolic partial differential equations (PDE). Both problems are addressed using both the finite difference and the finite element approach. The fundamental tool for the solution of 1D heat conduction problems is MATLAB, to which the initial part of the lab classes is devoted. The chosen tool for the solution of 2D heat conduction problems is the Freefem++ freeware, to which the final part of the lab classes is devoted.
Alla fine del corso ci si aspetta che lo studente acquisisca: - Dimistichezza con l'importanza/rilevanza della soluzione numerica (contraposta a quella analitica) di un problema ingegneristico come la conduzione del calore - Una buona conoscenza dei metodi delle differenze finite e degli elementi finiti per la soluzione dei problemi succitati - La capacita' di implementare la soluzione e risolvere i problemi con MATLAB e Freefem++ - L'abilita' di valutare criticamente e quantitativamente l'accuratezza dei risultati ottenuti con il computer (garanzia di qualita')
Per seguire in maniera proficua il corso, sono necessarie le conoscenze acquisite durante i seguenti corsi (o equivalenti) delle laurea triennale: Analisi matematica I e II, Geometria, Informatica, Termodinamica applicata e trasmissione del calore, con particolare riferimento all'algebra vettoriale e matriciale, alla soluzione dei ODE, agli elementi fondamentali di programmazione e alla conduzione del calore stazionaria e transitoria.
Il problema della conduzione 1D in regime permanente: approssimazione delle derivate con le differenze finite, imposizione delle condizioni al contorno, approssimazione della ODE originaria, soluzone di problemi in coordinate cartesiane e radiali con MATLAB. Garanzia di qualita: concetti di accuratezza e indipendenza dalla griglia. Il problema della conduzione 1D in transitorio: la soluzione fondamentale dell'equazione del calore, il meodo delle linee come approccio generale alla soluzione di PDE ai valori iniziali, schemi numerici per l'avanzamento in tempo, soluzone di problemi in coordinate cartesiane e radiali con MATLAB. Garanzia di qualita: concetto di studio di convergenza. Il probema della conduzione 2D: forma debole, imposizione delle condizioni al contorno, approssimazione agli elementi finiti, conceti di generazione di mesh/triangolazione, formule di quadratura, soluzone di problemi in regime permanente o transitorio in coordinate cartesiane e radiali con Freefem++.
18 h di lezioni frontali, 6 h di introduzione ai software, combinate con un totale di 36h di laboratorio computazionale.
- MATLAB and Freefem++ user manuals. - A. Quarteroni et al, "Calcolo Scientifico: Esercizi e problemi risolti con MATLAB e Octave", 6a edizione, Ed. Springer - Capitoli selezionati da: C. Johnson, “Numerical solutions of PDEs by the finite element method” (Cambridge UP, 1987)
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;
Exam: Written test; Optional oral exam;
... L'esame e' scritto. Ogni studente lavora a una postazione del LAIB (senza avere a disposizione alcun materiale didattico) e deve: 1) risolvere numericamente un problema assegnato, usando MATLAB e/o Freefem++, riassumendo i risultati in forma di opportuni grafici, 2) giustificare le scelte dei metodi scelti per la soluzione, 3) discutere la qualita'/accuratezza delle soluzione numerica ottenuta. Questi tre punti, raccolti dallo studente in una breve relazione, contribuiscono per il 70%, 10% e 20% al voto finale, rispettivamente. Se il voto dello scritto e' ≥ 28, segue un breve esame orale.
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.
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