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Combustione e gasdinamica delle macchine
02AIUNE
A.A. 2020/21
Lingua dell'insegnamento
Italiano
Corsi di studio
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica - Torino
Organizzazione dell'insegnamento
| Didattica | Ore |
|---|---|
| Lezioni | 30 |
| Esercitazioni in aula | 12 |
| Esercitazioni in laboratorio | 18 |
Docenti
| Docente | Qualifica | Settore | h.Lez | h.Es | h.Lab | h.Tut | Anni incarico |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Spessa Ezio | Professore Ordinario | IIND-06/A | 30 | 0 | 0 | 0 | 13 |
Collaboratori
Didattica
| SSD | CFU | Attivita' formative | Ambiti disciplinari | ING-IND/08 | 6 | D - A scelta dello studente | A scelta dello studente |
|---|
2020/21
Con questo insegnamento s'intendono fornire i fondamenti di termodinamica della combustione, della dinamica dei flussi reagenti e della gasdinamica dei motori, presentando le metodologie per la loro analisi sperimentale e modellazione. Particolare attenzione viene dedicata alle loro applicazioni alla progettazione dei motori a combustione interna ad alta efficienza.
The goal of this subject is to introduce the fundamental of the thermodynamics of chemically reacting flows and of gasdynamics applied to IC engines. The main methodologies to analyze and modeling such phenomena in IC engines are investigated along with their applications to the design of the combustion systems in highly-efficient IC engines.
Capacità di eseguire valutazioni preliminari di parametri termodinamici in flussi reagenti, con particolare riferimento ai parametri di combustione nei motori, di impostare bilanci energetici, valutare i parametri caratteristici delle prestazioni e i rendimenti di sistemi energetici a combustione e di impiegare metodologie di fluidodinamica computazionale per la loro progettazione.
Competences needed to: estimate thermodynamic parameters in reacting flows; evaluate combustion parameters in IC engines; write energy balance for complex energy systems and calculate their efficiency and performance; apply computational fluid dynamic methodologies to design IC engine combustion systems.
Conoscenze dei principi della termofluidodinamica-energetica, dei sistemi di conversione dell'energia e della chimica di base. Conoscenza dei principi di funzionamento dei motori alternativi a combustione interna e dei loro componenti e sottosistemi, con particolare riferimento ai sistemi di alimentazione dell'aria e del combustibile ed al sistema di combustione.
Sono considerati pre-requisiti le frequenze degli insegnamenti di Macchine, Propulsori termici e Controllo delle emissioni di inquinanti.
Knowledge of the fundamentals of thermo fluid dynamics and Chemistry. Knowledge of the operating principles of IC engines and their subsystems and components, with specific reference to charging, fuel injection and combustion apparatuses. It is highly recommended to have attended the following subjects: "Macchine", "Propulsori termici" and "Controllo delle emissioni di inquinanti".
Combustione nei motori diesel (9 ore): penetrazione del combustibile liquido e formazione della miscela aria-combustibile; combustione premiscelata e combustione diffusiva. Modello concettuale di Dec e diagramma Phi-T. Modelli per il calcolo della penetrazione dello spray e della fase liquida.
Moto medio e turbolenza nei motori alternativi (6 ore). Moti organizzati in camera di combustione: swirl, squish, tumble: genesi ed evoluzione. Turbolenza nei motori: tecniche di estrazione del moto medio e turbolento; scale della turbolenza e raggio inerziale.
Combustione premiscelata turbolenta (6 ore): velocità di combustione laminare; scale del processo di combustione; regimi turbolenti della combustione premiscelata e diagramma di Borghi.
Diagnostica della combustione (6 ore): approcci multizona per motori Diesel e ad accensione comandata.
Modelli per la simulazione della velocità di combustione in motori diesel e ad accensione comandata (6 ore).
Indicazioni per il progetto della camera di combustione nei motori termici (6 ore).
Combustion in diesel engines (9 hours): liquid fuel penetration, mixture formation, premixed and diffusive combustion. Dec conceptual model and Phi-T diagram. Spray and liquid fuel penetration modelling.
Mean-floe and turbulence in ICEs (6 hours). Organized motions in the combustion chamber, onset and evolution: swirl, squish, tumble. Turbulence in ICEs: extraction techniques for mena-floe and turbulent fluctuation; turbulence scales and inertial subrange.
Premixed turbulent combustion (6 hours): laminar burning speed; scales of combustions; turbulent regimes of turbulent combustion and Borghi plot.
Combustion diagnostics (6 hours): multizone pressure-based apporaches for diesel and SI engines.
Burning rate modeling in diesel and SI engines (6 hours)
Guidelines for the design of combustion chambers in ICEs (6 hours).
ESERCITAZIONI IN AULA
Introduzione a CFD: conservazione della massa e del momento della quantità di motor; equazioni RANS; modelli di turbolenza (k-epsilon); 3 ore.
LABORATORI
Tecniche per lo sviluppo di modello 0D/1D in motori a combustione interna (con utilizzo codice commerciale GT-Power): 9 ore presso LAIB .
Analisi CFD dei sistemi di iniezione e combustion in motori a combustione interna (con utilizzo codice commerciale Star CD): 9 ore presso LAIB.
APPLIED LECTURES
Introduction to computational fluid dynamics: conservation of mass and momentum. Reynolds averaged Navier-Stokes equations. Turbulence modeling. k-epsilon; 3 hours.
LABORATORIES
Techniques for 0D/1D modeling of internal combustion engines (GT-Power environment): 9 hours at LAIB.
CFD analisys of injection and mixture formation in ICEs (Star CD environment): 9 hours at LAIB.
Il materiale didattico verrà fornito dal docente a lezione e sarà disponibile in formato pdf sul portale della didattica. Oltre a tale materiale si consiglia il seguente testo di riferimento:
Heywood, J.B. “Internal Combustion Engine Fundamentals”, McGraw Hill, 2nd edition, 2018.
Une versione elettronica di questo testo è scaricabile, ad un prezzo concordato riservato agli studenti del Politecnico di Torino, dal bookstore della McGrawHill utilizzando il seguente link:
https://create.mheducation.com/shop/#/catalog/details/?isbn=9781307412017
Didactic material such as notes diagrams and tables used during lectures and practical work are available to students in pfd format through webportal. The reference book for further study is:
Heywood, J.B. “Internal Combustion Engine Fundamentals”, McGraw Hill, 2nd edition, 2018.
An electronic version of this textbook can be purchased and dowloaded from McGrawHill bookstore clicking at the following link:
https://create.mheducation.com/shop/#/catalog/details/?isbn=9781307412017
The offer is reserved to Politecnico di Torino students.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;
L’esame consiste in una prova orale finalizzata all'accertamento e verifica del raggiungimento dei risultati di apprendimento attesi (descritti in dettaglio nel riquadro specifico di questa scheda). La prova orale generalmente consiste di due domande, relative alle tematiche discusse a lezione, esercitazione e/o laboratori (vedi descrizione tematiche nei riquadri Programma e Organizzazione dell'insegnamento). Se necessario ai fini dell'accertamento e verifica, potranno essere poste domande addizionali. Le prove d’esame durano in media circa novanta minuti l’una. In casi specifici identificati ed autorizzati dal docente, e sempre sotto la supervisione diretta di quest'ultimo, è possibile consultare il materiale didattico durante lo svolgimento della prova orale.
Exam: Compulsory oral exam;
Final examination consists in an oral test aimed at checking and verifying that the expected learning outcomes (detailed in the specific box above) have been achieved. The oral test is usually characterized by two questions, that can be about any of the topics discussed at lectures, applied lectures and/or laboratories. Additional questions can be asked if needed to complete the assessment. The average duration of the oral test is about 1.5 hours. For some cases, specifically identified by the professor and under his supervision only, it is possible to double-check didactic material during the oral test.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;
L’esame consiste in una prova orale finalizzata all'accertamento e verifica del raggiungimento dei risultati di apprendimento attesi (descritti in dettaglio nel riquadro specifico di questa scheda). La prova orale generalmente consiste di due domande, relative alle tematiche discusse a lezione, esercitazione e/o laboratori (vedi descrizione tematiche nei riquadri Programma e Organizzazione dell'insegnamento). Se necessario ai fini dell'accertamento e verifica, potranno essere poste domande addizionali. Le prove d’esame durano in media circa novanta minuti l’una. In casi specifici identificati ed autorizzati dal docente, e sempre sotto la supervisione diretta di quest'ultimo, è possibile consultare il materiale didattico durante lo svolgimento della prova orale.
Exam: Compulsory oral exam;
Final examination consists in an oral test aimed at checking and verifying that the expected learning outcomes (detailed in the specific box above) have been achieved. The oral test is usually characterized by two questions, that can be about any of the topics discussed at lectures, applied lectures and/or laboratories. Additional questions can be asked if needed to complete the assessment. The average duration of the oral test is about 1.5 hours. For some cases, specifically identified by the professor and under his supervision only, it is possible to double-check didactic material during the oral test.