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Fenomeni di trasporto e reattori chimici
01QVZMB
A.A. 2020/21
Lingua dell'insegnamento
Italiano
Corsi di studio
Organizzazione dell'insegnamento
| Didattica | Ore |
|---|---|
| Lezioni | 39 |
| Esercitazioni in aula | 19,5 |
| Esercitazioni in laboratorio | 1,5 |
Docenti
| Docente | Qualifica | Settore | h.Lez | h.Es | h.Lab | h.Tut | Anni incarico |
|---|
Collaboratori
Didattica
| SSD | CFU | Attivita' formative | Ambiti disciplinari |
|---|
2020/21
L'insegnamento ha il compito di fornire conoscenze fondamentali riguardanti il trasporto di materia, energia, quantità di moto e le loro applicazioni di base.
The course has the task of providing fundamental knowledge regarding the transport of matter, energy, momentum and their basic applications.
L'allievo acquisirà conoscenze fondamentali sui seguenti argomenti:
- bilanci integrali e locali di materia, quantità di moto ed energia.
- meccanica dei fluidi e trasporto di quantità di moto.
- trasporto di calore per conduzione, convezione ed irraggiamento.
- trasporto di materia con meccanismo diffusivo ed in regime turbolento.
- analogie tra i fenomeni di trasporto, coefficienti di trasferimento.
Al termine del corso l'allievo dovrà essere in grado di descrivere fenomenologicamente ed analiticamente i fenomeni di trasporto di materia, energia e quantità di moto impostando correttamente le equazioni di bilancio integrale e locale delle suddette proprietà.
The student will acquire fundamental knowledge on the following topics:
- integral and local balance sheets of matter, momentum and energy.
- fluid mechanics and momentum transport.
- heat transfer by conduction, convection and radiation.
- transport of matter with diffusive mechanism and in a turbulent regime.
- analogies between transport phenomena, transfer coefficients.
At the end of the course the student must be able to phenomenologically and analytically describe the phenomena of transport of matter, energy and momentum by correctly setting the integral and local balance equations of the aforementioned properties.
Fondamenti di calcolo differenziale e integrale.
Basic integral and differential calculus.
Bilanci integrali di proprietà: termini delle equazioni di bilancio, bilanci di materia, velocità di reazione, bilancio di quantità di moto in sistemi fluidi, bilanci di energia (bilancio entalpico, bilancio di energia meccanica in un fluido, equazione di Bernoullli generalizzata).
Introduzione al trasporto di proprietà: trasporto molecolare in fasi gassose ideali e rarefatte, leggi di Fick, Fourier e Newton, proprietà di trasporto (viscosità, conducibilità termica e diffusività binaria di materia), classi reologiche, fenomenologia della turbolenza.
Elementi di meccanica dei fluidi: fluidi in condizioni statiche: legge di Stevin, sollecitazioni sui recipienti, spinta di galleggiamento; fluidodinamica e trasporto di quantità di moto: sforzi di taglio, moto laminare in condotti, fattore d'attrito, dissipazioni di energia locali e distribuite; fluidi e solidi in moto relativo: coefficiente di forma, velocità di caduta libera, moto di fluidi e fattori d'attrito in letti granulari, fluidizzazione di letti particellari.
Trasporto di calore: conduzione monodirezionale in fasi solide omogenee e composite in assenza ed in persenza di generazione termica; trasporto termico convettivo: convezione forzata e naturale, coefficienti di scambio termico, resistenze in serie e coefficiente globale, analogia con il trasporto di quantità di moto, irraggiamento: assorbimento ed emissione di energia radiante, emissività, legge di Kirchoff, corpi neri, legge di Lambert, spettro di emissione, relazioni di Planck e di Wien, irraggiamento tra corpi neri e grigi, fattori di vista.
Trasporto di materia: flussi di massa e molari, flusso diffusivo in sistemi binari, contro-diffusione equimolare, diffusione in mezzo stagnante, trasporto interfase e convettivo: coeffficienti di scambio di materia, modelli del film e della penetrazione, forza motrice e coefficiente globale e resistenza controllante, coefficiente volumico.
Bilanci locali di proprietà e trasporto in un continuo fluido: modalità di osservazione del sistema, termini dei bilanci locali, equazione di continuità, bilancio locale di quantità di moto e campo di velocità, tensore degli sforzi, equazioni del moto in regime laminare ed in forma adimensionata, bilancio locale di energia, bilanci di energia cinetica e termini dissipativi, seconda legge di Fourier, bilancio locale di materia in sistemi multi-componente.
Integral proprietary balance: terms of balance equations, balance of matter, reaction rate, momentum balance in fluid systems, energy balance (enthalpy balance, balance of mechanical energy in a fluid, generalized Bernoullli equation).
Introduction to the transport of properties: molecular transport in ideal and rarefied gas phases, Fick, Fourier and Newton laws, transport properties (viscosity, thermal conductivity and binary diffusivity of matter), rheological classes, phenomenology of turbulence.
Elements of fluid mechanics: fluids in static conditions: Stevin's law, stresses on vessels, buoyancy; fluid dynamics and momentum transport: shear stresses, laminar motion in conduits, friction factor, local and distributed energy dissipation; fluids and solids in relative motion: form coefficient, free fall speed, fluid motion and friction factors in granular beds, fluidization of particle beds.
Heat transport: unidirectional conduction in homogeneous and composite solid phases in the absence and in the absence of thermal generation; convective heat transport: forced and natural convection, heat transfer coefficients, series resistances and global coefficient, analogy with the transport of momentum, radiation: absorption and emission of radiant energy, emissivity, Kirchoff's law, black bodies, law of Lambert, emission spectrum, Planck and Wien relations, irradiation between black and gray bodies, visual factors.
Matter transport: mass and molar flows, diffusive flow in binary systems, equimolar counter-diffusion, diffusion in stagnant medium, interphase and convective transport: material exchange coefficients, film and penetration models, motive force and global coefficient and controlling resistance, volume coefficient.
Local owned and transported balances in a continuous fluid: system observation mode, local balance terms, continuity equation, local momentum and speed range balance, stress tensor, laminar and fit motion equations dimensionless, local energy balance, kinetic energy balance and dissipative terms, Fourier's second law, local material balance in multi-component systems.
Le esercitazioni in aula consisteranno nella risoluzione di problemi di fenomeni di trasporto. E' prevista una esercitazione in laboratorio la cui frequenza è obbligatoria:
studio della diffusione di materia in un fluido stagnante e misura della dissipazioni di energia meccanica in fluidi in moto.
Ogni squadra dovrà preparare una relazione sulle sperimentazioni eseguite.
The classroom exercises will consist in solving problems of transport phenomena. A laboratory exercise is scheduled whose attendance is mandatory:
study of the diffusion of matter in a stagnant fluid and measurement of the dissipation of mechanical energy in moving fluids.
Each team will have to prepare a report on the experiments performed.
Le dispense del corso sono disponibili sul portale dell'insegnamento.
Testi di referimento
- Transport Phenomena di R.B. Bird et al. - New York: Wiley, 2002
Handouts are available on the web page of the course.
Reference books:
- Transport Phenomena / R.B. Bird et al. - New York: Wiley, 2002
Modalità di esame: Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;
Esame scritto in due parti: nella prima si dovrà rispondere ad una serie di domande di carattere teorico, nella seconda dovranno essere svolti due esercizi di calcolo.
Exam: Computer-based written test using the PoliTo platform;
Written examination in two parts: the first one consist of a series of theoretical questions, the second of two calculation exercises.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova scritta su carta con videosorveglianza dei docenti;
Esame scritto in due parti: nella prima si dovrà rispondere ad una serie di domande di carattere teorico, nella seconda dovranno essere svolti due esercizi di calcolo.
Exam: Written test; Paper-based written test with video surveillance of the teaching staff;
Written examination in two parts: the first one consist of a series of theoretical questions, the second of two calculation exercises.