L'insegnamento intende introdurre gli studenti allo studio dei fenomeni di trasporto di materia, quantità di moto ed energia e la loro soluzione numerica utilizzando codici di fluidodinamica computazionale.

Gli obiettivi principali dell'insegnamento consistono nello sviluppo della capacità di: - utilizzare con senso critico codici numerici per la simulazione dei fenomeni di trasporto - costruire modelli matematici complessi di fenomeni di trasporto e chimico-fisici

Gli studenti potranno seguire proficuamente l'insegnamento solo se: - famigliari con i concetti di base dell'analisi matematica delle funzioni di molte variabili - in grado di risolvere equazioni differenziali ordinarie e equazioni differenziali alle derivate parziali - famigliari con il calcolo vettoriale e tensoriale - posseggono i concetti di base di fluidodinamica, termodinamica, trasporto di energia e di materia - capaci di visualizzare e comprendere concetti astratti e complessi

Soluzione delle equazioni con la fluidodinamica computazionale. Codici a volumi finiti. Discretizzazione spaziale: schemi first-order upwind, central differencing, second-order upwind e schemi di ordini superiore. Limitatezza della soluzione e numero di Peclet di cella. Discretizzazione temporale: schemi impliciti ed espliciti. Stabilità della soluzione, numero di Courant e condizione di Courant–Friedrichs–Lewy (CFL). Accoppiamento pressione-velocità. Coefficienti di sottorilassamento. Modellazione della turbolenza. Energia cinetica turbolenta e velocità di dissipazione della turbolenza. Ipotesi di Kolmogorov e spettro dell’energia cinetica turbolenta. Numeri di Reynolds turbolento e di Taylor. Scala integrale della turbolenza, di Tayor e di Kolmogorov. Modelli per la turbolenza: algebrici, ad una equazione, a due equazioni o multi-equazione. Funzioni alla parete standard (legge lineare e logartimica) e di non-equilibrio. Modelli computazionali per il trasporto di energia. Bilancio di energia in sistemi turbolenti. Profilo di temperatura alla parete e numero di Prandtl turbolento. Cenni al problema dell’irraggiamento. Miscelazione turbolenta e reazione. Approccio della media di Reynolds e diffusività turbolenta. Numero di Schmidt turbolento. Definizione di frazione di miscelamento e sua varianza. Chiusura del termine di reazione chimica con metodo dei momenti, assunzione del raggiungimento istantaneo dell’equilibrio chimico, metodi delle funzioni densità di probabilità trasportati e presunti (beta-PDF).

Il corso si articola in lezioni (in aula) ed esercitazioni numeriche in laboratorio informatico per l'uso di codici di fluidodinamica computazionale.

B. Andersson, R. Andersson, L. Håkansson, M. Mortensen, R. Sudiyo, B. van Wachem. Computational Fluid Dynamics for Engineers. Cambridge: Cambridge University Press, 2012.

Slides; Esercizi; Esercitazioni di laboratorio; Strumenti di auto-valutazione;

Modalità di esame: Elaborato progettuale in gruppo;

Exam: Group project;

... La valutazione finale consiste nella presentazione di gruppo e discussione del progetto di simulazione con codici di fluidodinamica computazionale. Al termine della presentazione a ogni membro del gruppo di lavoro viene posta una domanda individuale. La valutazione finale è individuale ed è determinata sulla base della qualità tecnica del lavoro di progetto del gruppo (cioè la capacità di risolvere un problema tecnico/scientifico), la qualità della presentazione, la capacità espositiva e la risposta alla domanda posta.

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.