L'insegnamento si propone di fornire le conoscenze e le abilità di base per la modellazione della dinamica dei fluidi, sia in regime laminare sia in regime turbolento. Attenzione sarà posta ai problemi con geometria complessa, spesso presenti nelle applicazioni industriali a piccola e grossa scala.

L’obiettivo è quello di fornire all’allievo gli strumenti tipici per lo studio del campo di moto di un fluido Newtoniano o non-Newtoniano, in regime laminare o turbolento, che interagisce con strutture meccaniche in condizioni geometricamente complesse. Il campo di applicazioni copre il vasto territorio ove la meccanica dei fluidi ha rilevanza nei processi, dalle scale microscopiche della micro-fluidica (lab-on-chip) a quelle estese dei grandi impianti idroelettrici, tale da abbracciare 8 ordini di grandezza. Lo studente dovrà acquisire una completa padronanza della meccanica dei fluidi ed essere in grado di utilizzare tecniche di calcolo, sia analitico sia numerico, per la determinazione del campo delle velocità, delle pressioni, degli sforzi viscosi e turbolenti, delle temperature e delle spinte in condizioni dinamiche. Sarà altresì necessario apprendere le tecniche per il dimensionamento di alcune strutture d’interesse impiantistico come le casse d’aria e i sistemi di attenuazione del colpo d’ariete e la conoscenza dei fenomeni di moto vario legati alle manovre di chiusura di una rete in pressione. Durante lo svolgimento dell'insegnamento verrà inoltre richiesto allo studente la lettura di un articolo scientifico pubblicato su rivista scientifica internazionale, in modo da abituare l’allievo all’apprendimento e all’aggiornamento continuo nei settori specializzati. L’articolo sarà scelto dallo studente sulla base di alcune proposte da parte del docente, e approfondirà alcuni specifici capitoli del corso. In tal modo lo studente potrà verificare l’utilizzo di tecniche di calcolo applicate a problemi reali, risolti nell’ambito della più recente ricerca scientifica internazionale.

Conoscenza di base del calcolo differenziale ed integrale. Conoscenze di base di meccanica dei fluidi, in particolare per quanto concerne i principi dell’idrostatica, le spinte e il concetto di perdite di carico nelle condotte in pressione.

Richiami e approfondimenti di cinematica e dinamica dei fluidi (4 ore). Comportamento meccanico dei fluidi non-Newtoniani (6 ore). Teoria della lubrificazione (flussi a lento scorrimento): Formula di Stokes. Schema del cuscinetto di spinta, flusso in un angolo, moto in un pistone. (4 ore) . Microfluidics: Diffusione e H-filter. Dispersione di Taylor. Pompe capillari. Elettroforesi. Lo strato di Debye. Le pompe elettrosmotiche. Formazione di bolle nelle micro-giunzioni. Cenni di nanofluidica (7 ore). Modellazione della turbolenza in fluidi confinati. Modelli di chiusura e simulazione di flussi turbolenti (6 ore). Computational fluid dynamics: Esempio di calcolo tramite software Open Source (7 ore). Studio di getti e scie (2 ore). Dispersione turbolenta (4 ore). Moti a potenziale e trasformazioni conformi (4 ore). Cenni sulla teoria dello strato limite (4 ore). Moto vario nelle correnti in pressione. Valutazione e gestione del colpo d’ariete (7 ore). Casse d’aria di piccole dimensioni. Casse d’aria di grandi dimensioni. Pozzi piezometrici (5 ore)

L'insegnamento si compone di 40 ore di lezione e 20 ore di esercitazione, di cui 7 ore verranno svolte in laboratorio informatico per la parte relativa agli argomenti di “Computational Fluid Dynamics”. Sono previste visite guidate presso una galleria del vento ed un azienda metal-meccanica.

Si prevede di fornire allo studente delle dispense relative agli aspetti matematicamente più complessi, di modo che la comprensione delle lezioni sia agevolata e focalizzata sulle questioni più fisiche ed ingegneristiche. Testi di carattere generale: - Marchi-Rubatta, Meccanica dei fluidi:Principi ed applicazioni idrauliche UTET - G. K. Batchelor, An introduction to Fluid Dynamics. Cambridge University Press Approfondimenti: - Teoria della Turbolenza: S. B. Pope, Turbulent flows, Cambridge University Press - Teoria dello strato limite: H. Schlichting, Boundary Layer Theory, Springer - Instabilità idrodinamica: P.G. Drazin and W. H. Reid, Hydrodynamic Stability, Cambridge Mathematical Library. - Theoretical Microfluidics: Henrik Bruus, Oxford Master Series.

Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato scritto individuale;

Lo scopo dell'orale è verificare la capacità dello studente di esporre i concetti fondamentali degli argomenti trattati a lezione con particolare attenzione alla descrizione dei processi fisici. L’esame sarà sostenuto dallo studente esclusivamente in forma orale e si basa su tre domande. L'elenco delle possibili domande sarà presentato a lezione. Lo studente dovrà esporre un argomento a sua scelta e verrà poi interrogato su altri due argomenti scelti dal docente. L'elaborato scritto verterà sulle esercitazioni svolte nel laboratorio informatico e peserà per il 10 % del voto finale.

Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato scritto individuale;

Lo scopo dell'orale è verificare la capacità dello studente di esporre i concetti fondamentali degli argomenti trattati a lezione con particolare attenzione alla descrizione dei processi fisici. L’esame sarà sostenuto dallo studente esclusivamente in forma orale e si basa su tre domande. L'elenco delle possibili domande sarà presentato a lezione. Lo studente dovrà esporre un argomento a sua scelta e verrà poi interrogato su altri due argomenti scelti dal docente. L'elaborato scritto verterà sulle esercitazioni svolte nel laboratorio informatico e peserà per il 10 % del voto finale.