Con questo insegnamento s'intendono fornire i fondamenti di termodinamica della combustione, della dinamica dei flussi reagenti e della gasdinamica delle macchine a fluido, presentando le metodologie per la loro analisi sperimentale e modellazione. Particolare attenzione viene dedicata alle loro applicazioni alla progettazione dei motori a combustione interna e delle turbine a gas ad alta efficienza.

Capacità di eseguire valutazioni preliminari di parametri termodinamici in flussi reagenti, con particolare riferimento ai parametri di combustione, 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.

Conoscenze dei principi della termofluidodinamica-energetica, dei sistemi di conversione dell'energia e della chimica di base. Conoscenza dei principi di funzionamento delle macchine a fluido 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.

Introduzione al corso. Prospettive energetiche, ambientali e tecnologiche nel settore del trasporto su strada. Contesto normativo europeo per le emissioni di inquinanti e CO2 da veicoli (cenni). (2 ore) Moto medio e turbolenza nei motori alternativi (7 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 (7 ore): velocità di combustione laminare; scale del processo di combustione; regimi turbolenti della combustione premiscelata e diagramma di Borghi. Formulazione della velocità di combustione turbolenta e delle velocità caratteristiche del processo di combustion in motori SI. Introduzione alla Modellazione delle Macchine e della Turbolenza. (6 ore) Diagnostica della combustione (3 ore): approcci “pressure-based” multizona per motori ad accensione comandata. Modelli 0D di combustione per motori SI (3 ore): "entrainment-based burning model" ed approccio frattale; approcci per la stima dell'intensità della turbolenza. Stima della variabilità ciclica del ciclo indicato. Combustione nei motori diesel: modello concettuale (2 ore) Spray da motori diesel (3 ore): penetrazione spray,angolo dello spray e penetrazione fase liquida. Modello stazionario 1D isotermo per calcolo penetrazione spray. Modello stazionario 1D per calcolo penetrazione fase liquida. Modello 1D non stazionario per calcolo rapporto di equivalenza; analisi della formazione della carica in iniezioni con durata maggiore e minore del ritardo di iniezione. Diagnostica della combustione (1 ore): approcci “pressure-based” multizona per motori ad accensione per compressione. Modelli 0D di combustione per motori diesel (1 ora): “Accumulated fuel mass approach” Controllo model-based della combustione nei motori (1 ora) Fondamenti di Combustione nelle Turbine a Gas. Abbattimento delle emissioni da turbine a gas (6 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 combustione in motori a combustione interna (con utilizzo codice commerciale Star CD): 9 ore presso 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

Dispense; Libro di testo;

Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;

Exam: Compulsory oral exam;

... 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.

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.