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Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale

01PEUMT

A.A. 2024/25

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aeroacustica)

Didattica	Ore
Lezioni	40
Esercitazioni in aula	20

Docente	Qualifica	Settore	h.Lez	h.Es	h.Lab	h.Tut	Anni incarico
Arina Renzo	Professore Associato	IIND-01/F	40	40	0	0	13

SSD	CFU	Attivita' formative	Ambiti disciplinari
ING-IND/06	6	B - Caratterizzanti	Ingegneria aerospaziale ed astronautica

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aerodinamica sperimentale)

Didattica	Ore
Lezioni	40
Esercitazioni in laboratorio	20

Docente	Qualifica	Settore	h.Lez	h.Es	h.Lab	h.Tut	Anni incarico
Cafiero Gioacchino	Professore Associato	IIND-01/F	40	0	80	0	2

Docente	Qualifica	Settore	h.Lab
Grava Alessandro	Dottorando		20
Iuso Gaetano	Professore Ordinario	IIND-01/F	20
Montagner Sara	Dottorando		40

SSD	CFU	Attivita' formative	Ambiti disciplinari
ING-IND/06	6	B - Caratterizzanti	Ingegneria aerospaziale ed astronautica

Anno accademico di inizio validità

2024/25

Presentazione

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aeroacustica)

AEROACUSTICA L’insegnamento si colloca al secondo anno ed è parte dell'orientamento “Aerogasdinamica”. L'Aeroacustica è la parte della Meccanica dei Fluidi che studia la generazione del rumore: corpi in vibrazione, regioni di flusso turbolento, il mescolamento di flussi a temperature differenti ed altri fenomeni non stazionari generano fluttuazioni della pressione che propagano in un fluido reale come suono. A causa della non linearità delle equazioni del moto, è arduo valutare la produzione del suono da parte della corrente fluida, in quanto la produzione sonora interessa solo una piccolissima frazione dell'energia totale. Il fatto che il campo sonoro possa essere interpretato come una piccola perturbazione del flusso consente soluzioni approssimate del problema. Nel corso di Aeroacustica, dopo un’introduzione all’Acustica, sono descritte le principali e più classiche teorie approssimate, quali la teoria di Lighthill e la teoria del vortex sound. Gli sviluppi più moderni si basano largamente sui metodi numerici. Questo fatto si riflette nel corso dove si introducono i metodi numerici più importanti attualmente impiegati nella comunità aeroacustica per lo studio del rumore emesso dalle turbomacchine, il rumore associato alle strutture aeronautiche, il rumore interno. Durante le esercitazioni si introduce l'uso per le applicazioni aeroacustiche del programma di calcolo scientifico MATLAB. AERODINAMICA SPERIMENTALE L’insegnamento di Aerodinamica sperimentale si propone come finalità l'acquisizione da parte dello studente delle conoscenze necessarie per affrontare sperimentalmente lo studio di problemi di carattere fluidodinamico. In particolare gli specifici obiettivi del corso sono incentrati sulla conoscenza delle tecniche di misura, delle gallerie del vento, della strumentazione e del trattamento dei dati di galleria.

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aerodinamica sperimentale)

AEROACUSTICA L’insegnamento di Aeroacustica si colloca al secondo anno ed è parte dell'orientamento “Fluidodinamica”. L'Aeroacustica è la parte della Meccanica dei Fluidi che studia la generazione del rumore: corpi in vibrazione, regioni di flusso turbolento, il mescolamento di flussi a temperature differenti ed altri fenomeni non stazionari generano fluttuazioni della pressione che propagano in un fluido reale come suono. A causa della non linearità delle equazioni del moto, è arduo valutare la produzione del suono da parte della corrente fluida, in quanto la produzione sonora interessa solo una piccolissima frazione dell'energia totale. Il fatto che il campo sonoro possa essere interpretato come una piccola perturbazione del flusso consente soluzioni approssimate del problema. L'Aeroacustica fornisce queste teorie approssimate. Nel corso sono descritte le principali e più classiche teorie, quali la teoria di Lighthill e la teoria del vortex sound. Gli sviluppi più moderni si basano largamente sui metodi numerici. Questo fatto si riflette nel corso dove si introducono le descrizioni dei metodi numerici più importanti attualmente impiegati nella comunità aeroacustica per lo studio del rumore emesso dalle turbomacchine, il rumore associato alle strutture aeronautiche, il rumore interno. AERODINAMICA SPERIMENTALE L'insegnamento si propone come finalità l'acquisizione da parte dello studente delle conoscenze necessarie per affrontare lo studio di problemi fluidodinamici utilizzando diverse tecniche di misura sperimentali. In particolare, gli specifici obiettivi del corso sono: - la conoscenza delle tecniche di misura; - le tipologie di delle gallerie del vento e della strumentazione ad esse associata; - il trattamento dei dati di galleria di un generico esperimento - la valutazione degli errori di misura.

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aeroacustica)

AEROACOUSTICS The course is at the second year and belongs to the section “Aero & Gasdynamics”. Aeroacoustics is a branch of Fluid Mechanics that studies noise generation: vibrating bodies, regions of turbulent flow, the mixing of flows of different temperatures, and other unsteady phenomena produce fluctuations in pressure that propagate through a real fluid as sound. Due to the nonlinearity of the governing equations it is very difficult to predict the sound production of fluid flows, as sound production represents only a very minute fraction of the total energy. The fact that the sound field is in some sense a small perturbation of the flow is, however, used to obtain approximate solutions. In the course, after an introduction to Acoustics, the most important and classical approximate theories are presented, such as the Lighthill theory and the vortex sound theory. Modern developments are extensively based on numerical methods. This is reflected in the course by the introduction to the most relevant methods presently employed in the aeroacoustic community for the analysis of turbomachinery noise, airframe noise, interior noise. The use of the scientific software MATLAB for aeroacoustic applications will be introduced during the exercises. EXPERIMENTAL AERODYNAMICS The course has the objective to give to the student the knowledge needed to study basic fluid dynamics problems from the experimental point of view. In particular the essential measurements techniques for flow investigation, the knowledge of the wind tunnels and of the typical investigation in the wind tunnels, the familiarity of the distinctive instrumentation and the awareness related with data reduction, are specific goals of the course.

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AEROACOUSTICS The course is at the second year and belongs to the section “Fluid Mechanics”. Aeroacoustics is a branch of Fluid Mechanics that studies noise generation: vibrating bodies, regions of turbulent flow, the mixing of flows of different temperatures, and other unsteady phenomena produce fluctuations in pressure that propagate through a real fluid as sound. Due to the nonlinearity of the governing equations it is very difficult to predict the sound production of fluid flows, as sound production represents only a very minute fraction of the energy. The fact that the sound field is in some sense a small perturbation of the flow is, however, used to obtain approximate solutions. Aeroacoustics provides such approximations. The most important and classical ones, such as the Lighthill theory and the vortex sound theory, are described in the course. Modern developments are extensively based on numerical methods. This is reflected in the course by the introduction of descriptions of the most relevant methods presently employed in the aeroacoustic community for the analysis of turbomachinery noise, airframe noise, interior noise. EXPERIMENTAL AERODYNAMICS The module aims to provide the students with the knowledge to study fluid dynamics problems via an experimental approach. In particular, by the end of this module, the student will be familiar with: - the essential measurement techniques for flow investigation; - the wind tunnel categories and their typical equipment; - the data reduction approaches to deal with experimental data - the assessment of the errors associated with an experiment.

Risultati attesi

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aeroacustica)

AEROACUSTICA Al termine dell'insegnamento l'allievo dovrà essere in grado di analizzare i problemi aeroacustici tipici del progetto aeronautico. In base alle conoscenze teoriche acquisite, l’allievo sarà in grado sia di formulare le opportune approssimazioni per lo studio di un problema aeroacustico. L'allievo sarà inoltre in grado di estrarre le sorgenti acustiche da una simulazione numerica di un determinato problema fluidodinamico e quindi eseguire il calcolo aeroacustico e definire l'impatto acustico del problema in esame. AERODINAMICA SPERIMENTALE Gli argomenti trattati in aula sono accompagnati in molti casi da attività in laboratorio finalizzate al consolidamento dei concetti fondamentali dell’indagine sperimentale e a rendere lo studente più confidente con la descrizione dei flussi di base ( getto, scia, strato limite, flusso attorno a profili alari). Lo studente dovrebbe essere in grado di utilizzare le tecniche di misura, di studiare i flussi di base, e di conoscere il funzionamento delle gallerie del vento e in particolare di quelle subsoniche presenti in laboratorio. In due momenti del corso gli studenti sono chiamati a discutere i risultati delle attività di laboratorio che consente loro di interagire e di sviluppare capacità di comunicazione.

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aerodinamica sperimentale)

AEROACUSTICA Al termine del corso l'allievo dovrà essere in grado di analizzare i problemi aeroacustici tipici del progetto aeronautico. Allo studente è richiesto, in base alle conoscenze teoriche in suo possesso, di essere in grado di formulare le opportune approssimazioni per lo studio di un problema aeroacustico. Al termine dell'insegnamento l'allievo sarà inoltre in grado di estrarre le sorgenti acustiche da una simulazione numerica di un determinato problema fluidodinamico, e quindi eseguire il calcolo aeroacustico e modificare le condizioni del problema per attenuare l'impatto sonoro. AERODINAMICA SPERIMENTALE Gli argomenti trattati in aula sono coadiuvati da didattica di tipo esperienzale in laboratorio finalizzata al consolidamento dei concetti fondamentali e a rendere lo studente più confidente con la descrizione dei flussi di base (getto, scia, strato limite, flusso attorno a profili alari). Lo studente dovrebbe essere in grado di utilizzare le tecniche di misura in maniera autonoma e valutarne i relativi limiti per un determinato tipo di misura, e di conoscere il funzionamento delle gallerie del vento . In due momenti del corso gli studenti sono chiamati a discutere i risultati delle attività di laboratorio che consente loro di interagire e di sviluppare capacità di comunicazione.

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aeroacustica)

AEROACOUSTICS At the end of the course the student should be able to analyze the typical aeroacoustic problems encountered in the context of the aeronautical design. On the basis of the acquired theoretical understanding, the student will be able to formulate the appropriate simplifications for the study of an aeroacoustic problem. Moreover, the student will be able to extract the noise sources from a numerical simulation of a given flow problem, and to perform the aeroacoustic computation to quantify the acoustic impact of the problem under study. EXPERIMENTAL AERODYNAMICS The arguments treated in the classroom are in most of the cases accompanied by devoted experimental activities to consolidate the fundamental concepts of the experimental investigation and to make student more confident with the basic flow fields description ( jet, wake,boundary layer, flow around airfoils). Students should be able to make use of the basic experimental measurements techniques, to study experimentally basic flow fields and to be confident with the operation of wind tunnel and in particular with subsonic wind tunnels mostly present in the aerodynamic laboratory. In two points of the course students discuss critically in the classroom the experimental results obtained in the laboratory activities interacting with each other and promoting the capacity of communication.

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aerodinamica sperimentale)

AEROACOUSTICS At the end of the course the student should be able to analyze the typical aeroacoustic problems encountered in the context of the aeronautical design. The student is requested, on the basis of the acquired theoretical understanging, to formulate the appropriate simplifications for the study of an aeroacoustic problem. Moreover, at the end of the course the student will be able to extract the noise sources from a numerical simulation of a given flow problem, then to perform the aeroacoustic computation and to modify the problem constraints to reduce the acoustic impact. EXPERIMENTAL AERODYNAMICS The arguments treated in the classroom are in most of the cases accompanied by devoted experimental activities to consolidate the fundamental concepts of the experimental investigation, to make the student more confident with the basic flow fields description ( jet, wake,boundary layer, flow around airfoils) and finally allow the acquisition of experimental techniques. Students should be able to make use of the basic experimental measurements techniques, to study experimentally basic flow fields, to be confident with the operation of wind tunnel and in particular with subsonic wind tunnels mostly present in the aerodynamic laboratory. In two points of the course students discuss critically in the classroom the experimental results obtained in the laboratory activities interacting with each other and promoting the capacity of communication.

Prerequisiti

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aeroacustica)

AEROACUSTICA Sono richieste conoscenze di carattere matematico (fondamenti di calcolo differenziale e integrale, teoria delle equazioni a derivate parziali, metodi numerici) e fisico (aerodinamica e gasdinamica). AERODINAMICA SPERIMENTALE Lo studente deve aver acquisito i fondamentali della Fluidodinamica come la familiarità con la fenomenologia dei flussi di base, la conoscenza delle equazioni fondamentali di governo dei flussi, e l’impiego degli strumenti essenziali di calcolo delle proprietà di base dei flussi.

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aerodinamica sperimentale)

AEROACUSTICA Sono richieste conoscenze di carattere matematico (fondamenti di calcolo differenziale e integrale, teoria delle equazioni a derivate parziali, metodi numerici) e fisico (aerodinamica e gasdinamica) AERODINAMICA SPERIMENTALE Lo studente deve aver acquisito i concetti fondamentali di Fluidodinamica erogati negli insegnamenti della laurea triennale e magistrale, come ad esempio la conoscenza dei flussi di fondamentali (getto, scia, flusso di parete), la conoscenza delle equazione di governo dei flussi e l’impiego degli strumenti essenziali di calcolo delle proprietà di base dei flussi.

Programma

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aeroacustica)

AEROACUSTICA EQUAZIONI FONDAMENTALI DELLA MECCANICA DEI FLUIDI (1.5 ore). Leggi di conservazione. Conservazione della massa, quantità di moto ed energia. Equazioni di Navier-Stokes ed Eulero. Relazioni termodinamiche. CAMPO ACUSTICO: PROPRIETÀ ED EQUAZIONI (6 ore). Caratteristiche del suono ed ordini di grandezza. Equazioni linearizzate. Proprietà delle onde acustiche. Energia ed intensità acustiche. Formulazione in frequenza. Parametri adimensionali e compattezza. CAMPO ACUSTICO LIBERO (3 ore). Soluzioni onda piana ed onda sferica. ONDE INCIDENTI SU UNA SUPERFICIE PIANA DI DISCONTINUITÀ (7.5 ore). Trasmissione ortogonale tra due mezzi acustici. Rifrazione di un’onda obliqua tra due mezzi acustici. Onda obliqua incidente su una parete flessibile. PROPAGAZIONE DI ONDE ACUSTICHE NEI CONDOTTI (12 ore). Modi acustici di condotto. Propagazione onde piane in un condotto a sezione variabile. Propagazione di onde piane nei tubi con variazione improvvisa di area. Camera di espansione. Risuonatori. Risuonatore di Helmholtz. SORGENTI SONORE (9 ore). Radiazione acustica di una sfera pulsante e di una sfera rigida oscillante. Monopolo e dipolo acustici. Funzione di Green di campo libero. Quadrupolo acustico. Approssimazione di campo lontano. SOLUZIONE INTEGRALE DELL’EQUAZIONE D’ONDA (6 ore). Funzione di Green dell’equazione d’onda. Soluzione integrale in un dominio fisso e sorgente fissa. Soluzione integrale in un dominio mobile e sorgente fissa. SORGENTI SONORE IN MOVIMENTO (3 ore). Sorgente puntiforme in movimento in uno spazio illimitato. Sorgenti fluidodinamiche in movimento. TEORIE ANALOGICHE (9 ore). Analogia aeroacustica di Lighthill. Rumore di un getto turbolento. Rumore generato dall’interazione tra un campo di moto fluido e un corpo immerso. Formulazione di Curle. Formulazione di Ffowcs Williams e Hawkings. Vortex Sound Theory. AEROACUSTICA NUMERICA (3 ore). Introduzione ai metodi numerici per la simulazione di fenomeni aeroacustici. AERODINAMICA SPERIMENTALE Tecniche pneumatiche: misura della pressione totale e statica media in flussi incompressibili e compressibili - valutazione di forze a partire da misura di pressione superficiale e di scia - misura del vettore velocità media - misura dello sforzo di attrito medio. Misura della pressione fluttuante. Esempi di misure in campo aeronautico. Manometri e trasduttori di pressione. Tecnica ottica ( Optical Pressure Measurement ) per la misura di campi di pressione attorno a corpi. Anemometria a filo caldo per la misura delle fluttuazioni di velocità. Sonde tipiche per la misura. Anemometria a filo caldo per la misura dello sforzo di attrito a parete in flussi 2D e 3D. Sonde tipiche per la misura. Esempi di applicazione della tecnica. Anemometria ottica per la misura puntiforme del vettore velocità : tecnica Laser Doppler. Anemometria ottica per la misura di campi planari istantanei di velocità: Digital Particle Image Velocimetry. Esempi di applicazione delle tecniche allo studio di campi di moto. Tecniche per la visualizzazione qualitativa dei flussi. Esempi di applicazione delle varie tecniche. Acquisizione di dati. Analisi del segnale. Similitudine fluidodinamica. Errori di misura nella valutazione di grandezze fluidodinamiche. Gallerie del vento subsoniche per l’impiego in campo aeronautico. Gallerie del vento per l’impiego nel campo automobilistico e cenni sull’aerodinamica dell’auto. Gallerie del vento per l’impiego nel campo della fluidodinamica ambientale. Cenni sul vento atmosferico e sulla simulazione in galleria del vento. Esempi di studi nelle gallerie del vento. Gallerie transoniche, supersoniche e ipersoniche. Bilance aerodinamiche per la misura di forze e momenti in galleria del vento. Metodologia di sperimentazione: velocità di riferimento in camera di prova, interferenza dei supporti e delle pareti, allineamenti del modello in camera di prova, effetti del numero di Reynolds, effetti della turbolenza della vena, correzione dei dati di galleria.

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aerodinamica sperimentale)

AEROACUSTICA EQUAZIONI FONDAMENTALI. Equazioni di Eulero linearizzate, equazione d'onda. (4 ore) PROPAGAZIONE IN UN MEZZO IN QUIETE. Densità di energia. Intensità acustica. Impedenza acustica specifica. Scale dei Decibels. Funzioni di Green. Radiazione da una sfera pulsante. Radiazione di un dipolo. Interferenza di onde acustiche. Teoria scalare della diffrazione di onde acustiche. Acustica geometrica. Sorgenti ed osservatori in moto. Effetto Doppler. (14 ore) RISONATORI. Risonanze acustiche. Risonatore di Helmholtz. Rumore di cavità. (4 ore) PROPAGAZIONE nei CONDOTTI. Analisi modale in condotti a sezione circolare e rattangolare. Impedenza di parete. Teoria di Tyler e Sofrin per l'interazione rotore-statore. (6 ore) TEORIE ANALOGICHE. Analogia aeroacustica di Lighthill. Rumore di un getto turbolento. Rumore generato dall’interazione tra un campo di moto fluido e un corpo solido. Formulazioni di Curle e Ffowcs Williams and Hawkings. Vortex Sound Theory. (10 ore) AEROACUSTICA NUMERICA. Introduzione ai metodi numerici per la simulazione di fenomeni aeroacustici. (18 ore) COMMUNITY NOISE. Frequency weighting ed SPL equivalenti. Annoyance noise. Sorgenti di rumore ambientale (urbano, industriale, trasporti). Aviation noise measurements.(4 ore) AERODINAMICA SPERIMENTALE Tecniche pneumatiche: misura della pressione totale e statica media in flussi incompressibili e compressibili - valutazione di forze a partire da misura di pressione superficiale e di scia - misura del vettore velocità media - misura dello sforzo di attrito medio. Misura della pressione fluttuante. Esempi di misure pneumatiche in campo aeronautico. Manometri e trasduttori di pressione. Tecnica ottica ( Optical Pressure Measurement) per la misura di campi di pressione su corpi di varia geometria. Anemometria a filo caldo per la misura delle fluttuazioni di velocità. Sonde tipiche per la misura. Anemometria a filo caldo per la misura dello sforzo di attrito a parete in flussi 2D e 3D. Sonde tipiche per la misura. Esempi di applicazione della tecnica. Anemometria ottica per la misura puntiforme del vettore velocità : cenni sulla Laser Doppler Velocimetry. Anemometria ottica per la misura di campi istantanei di velocità: Digital Particle Image Velocimetry e sue declinazioni. Esempi di applicazione delle tecniche allo studio di campi di moto. Tecniche non intrusive per la misura della distribuzione di temperatura: termografia all'infrarosso. Tecniche per la visualizzazione qualitativa dei flussi. Esempi di applicazione delle varie tecniche. Acquisizione di dati. Analisi del segnale. Similitudine fluidodinamica. Errori di misura nella valutazione di grandezze fluidodinamiche. Gallerie del vento subsoniche per l’impiego in campo aeronautico. Gallerie del vento per l’impiego nel campo automobilistico e cenni sull’aerodinamica dell’auto. Gallerie del vento per l’impiego nel campo della fluidodinamica ambientale. Cenni sul vento atmosferico e sulla simulazione in galleria del vento. Esempi di studi nelle gallerie del vento. Gallerie transoniche, supersoniche e ipersoniche. Bilance aerodinamiche per la misura di forze e momenti in galleria del vento. Metodologia di sperimentazione: velocità di riferimento in camera di prova, interferenza dei supporti e delle pareti, allineamenti del modello in camera di prova, effetti del numero di Reynolds, effetti della turbolenza della vena, correzione dei dati di galleria.

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aeroacustica)

AEROACOUSTICS FUNDAMENTAL EQUATIONS OF FLUID MECHANICS (1.5 hours). Conservation laws. Conservation of mass, momentum and energy. Navier- Stokes and Euler equations. Thermodynamic relations. ACOUSTIC FIELD: PROPERTIES AND EQUATIONS (6 hours). Sound characteristics and orders of magnitude. Linearized equations. Acoustic wave properties. Acoustic energy and intensity. Frequency formulation. Non-dimensional parameters and compactness. FREE ACOUSTIC FIELD (3 hours). Plane and spherical wave solutions. INCIDENT WAVES ON A DISCONTINUITY PLANE SURFACE (7.5 hours). Orthogonal transmission between two acoustic media. Refraction of an oblique wave between two acoustic media. Oblique wave incident on a flexible wall. SOUND WAVE PROPAGATION IN DUCTS (12 hours). Duct acoustic modes. Plane wave propagation in a variable cross section duct. Plane wave propagation in ducts with sudden cross section variations. Expansion chamber. Resonators. Helmholtz resonator. SOUND SOURCES (9 hours). Acoustic radiation of a pulsating sphere and of a rigid oscillating sphere. Acoustic monopole and dipole. Free-field Green’s function. Acoustic quadrupole. Far-field approximation. INTEGRAL SOLUTION OF THE WAVE EQUATION (6 hours). Green’s function for the wave equation. Integral solution in a fixed domain with a fixed source. Integral solution with a fixed source in a moving domain. MOVING SOUND SOURCES (3 hours). Moving point source in an unbounded domain. Moving fluid-dynamic sources. ANALOGICAL THEORIES (9 hours). Lighthill’s acoustic analogy. Turbulent jet noise. Noise generated for the interaction of a fluid flow with an immersed body. Curle formulation. Ffowcs Williams and Hawkings formulation. Vortex Sound Theory. COMPUTATIONAL AEROACOUSTICS (3 hours). Introduction to the numerical methods per wave propagation phenomena. EXPERIMENTAL AERODYNAMICS The first part of the course is dedicated to the measurements techniques: total pressure, static pressure ( pneumatic and optical techniques), pressure transducers, pressure fluctuations probes, flow direction through pressure probes, wall shear stress measurements, hot wire anemometry for instantaneous velocity and wall shear stress measurements, Optical anemometry ( LDV and PIV systems ), flow visualization techniques, data acquisition systems, data processing, measurements accuracy evaluation. The second part is devoted to the wind tunnels description for aeronautical applications ( subsonic, transonic, supersonic and ipersonic) and for non aeronautical investigation ( car and truck aerodynamics, atmospheric boundary layer). Methodologies of investigation in wind tunnels. Basic instrumentations of a wind tunnel. Flow quality. Wind tunnel corrections. Presentation of the results related with representative studies in the wind tunnels. Fluid dynamics similarity [ 40 h ]. The third part is dedicated to the laboratory activities.

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aerodinamica sperimentale)

AEROACOUSTICS FUNDAMENTAL EQUATIONS. Linearized Euler equations, wave equation (4 hours) PROPAGATION IN A MEDIUM AT REST. Energy density, Acoustic intensity. Acoustic impedance. Decibels. Green functions. Radiation from a pulsating sphere, Dipole radiation. Acoustic interference. Scalar diffraction theory for acoustic waves. Geometrical acoustics. Moving sources and observers. Doppler effect (14 hours) RESONATORS. Acoustic resonance. Helmholtz resonator. Cavity noise (4 hours) PROPAGATION IN DUCTS. Modal analysis in ducts with circular and rectangular section. Wall impedence. Tyler-Sofrin theory for rotor-stator interaction (6 hours) ANALOICAL THEORIES. Lighthill acoustic analogy. Turbulent jet noise. Fluid-structure interaction noise. Curle and Ffwocs Williams and Hawkings formulations. Vortex sound theory (10 hours) COMPUTATIONAL AEROACOUSTICS Introduction to the numerical methods per wave propagation phenomena (18 hours) COMMUNITY NOISE. Frequency weighting and equivalent SPL. Annoyance noise. Urban noise sources. Aviation noise measurements (4 hours) EXPERIMENTAL AERODYNAMICS The first part of the course is dedicated to the measurements techniques: total pressure, static pressure ( pneumatic and optical techniques), pressure transducers, pressure fluctuations probes, flow direction through pressure probes, wall shear stress measurements, hot wire anemometry for instantaneous velocity and wall shear stress measurements, Optical anemometry ( LDV and PIV systems ), flow visualization techniques, data acquisition systems, data processing, measurements accuracy evaluation. The second part is devoted to the wind tunnels description for aeronautical applications ( subsonic, transonic, supersonic and ipersonic) and for non aeronautical investigation ( car and truck aerodynamics, atmospheric boundary layer). Methodologies of investigation in wind tunnels. Basic instrumentations of a wind tunnel. Flow quality. Wind tunnel corrections. Presentation of the results related with representative studies in the wind tunnels. Fluid dynamics similarity [ 40 h ]. The third part is dedicated to the laboratory activities [20h].

Sustainable development goals

Promuovere azioni, a tutti i livelli, per combattere il cambiamento climatico

Rendere le città e gli insediamenti umani inclusivi, sicuri, duraturi e sostenibili

Proteggere, ripristinare e favorire un uso sostenibile dell’ecosistema terrestre

Note

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aeroacustica)

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aerodinamica sperimentale)

Organizzazione dell'insegnamento

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aeroacustica)

AEROACUSTICA Le lezioni di teoria (40 ore) e le esercitazioni (20 ore) sono alternate in modo coordinato. Le esercitazioni in aula vertono su applicazioni della teoria svolta a lezione in forma di esercizi di calcolo. All’allievo vengono presentati problemi atti a sviluppare le capacità di applicare la teoria nel contesto dei problemi aeroacustici e sviluppare le competenze attese. Gli esercizi sono proposti in progressione didattica. Parte dei calcoli svolti durante le esercitazioni saranno eseguiti utilizzando il software MATLAB fornendo le indicazioni necessarie per redigere i relativi programmi di calcolo. AERODINAMICA SPERIMENTALE Risposta direzionale di un tubo di Pitot. Calibrazione di un trasduttore di pressione. Campo di moto di un getto : misura dei profili di velocità a diverse distanze dall’orifizio e al variare della portata. Distribuzione di pressione lungo un condotto al variare del numero di Reynolds. Distribuzione di pressione attorno al profilo alare Naca0015 al variare dell’incidenza e del numero di Reynolds. Valutazione dei coefficienti aerodinamici Cl e Cm del profilo Naca0015 a partire dai dati sperimentali. Analisi della scia del profilo Naca0015: misura della distribuzione di pressione totale nella scia al variare dell’incidenza e del numero di Reynolds. Valutazione del coefficiente di resistenza a partire dalle misure di scia: applicazione del teorema della variazione della quantità di moto. Calibrazione di una sonda a filo caldo : taratura in velocità e risposta direzionale. Caratterizzazione della turbolenza di un getto : misura dell’intensità turbolenta al variare della distanza dall’orifizio. Misura di profili di velocità in uno strato limite turbolento su una placca piana. Voterx shedding dal cilindro mediante sonda a filo caldo :determinazione della legge Strouhal-Reynolds [ 22h ]. Visite tecniche : galleria del vento Alenia e galleria del vento Fiat e / o galleria Pininfarina (4h)

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aerodinamica sperimentale)

AEROACUSTICA Le esercitazione in aula, strettamente collegate alle lezioni, vertono su applicazioni della teoria svolta a lezione in forma di esercizi di calcolo durante le quali l’allievo viene esposto a problemi atti a sviluppare le capacità di applicare la teoria nel contesto dei problemi aeroacustici. Gli esercizi sono proposti in progressione didattica e richiedono l’uso di calcolatrici tascabili. Alcuni problemi sono sviluppati con l'utilizzo di programmi di calcolo nel laboratorio informatico. AERODINAMICA SPERIMENTALE L'insegnamento prevede 40 ore di lezione frontale in aula e 20 ore di attività di laboratorio, organizzate in quattro gruppi. La partecipazione alle ore di laboratorio è propedeutica allo svolgimento degli elaborati di laboratorio individuali, che sono parte integrante della valutazione finale. Di seguito sono elencate le specifiche esercitazioni che tipicamente sono organizzate. Risposta direzionale di un tubo di Pitot. Calibrazione di un trasduttore di pressione. Campo di moto di un getto : misura dei profili di velocità a diverse distanze dall’orifizio e al variare della portata. Distribuzione di pressione lungo un condotto al variare del numero di Reynolds. Distribuzione di pressione attorno al profilo alare Naca0015 al variare dell’incidenza e del numero di Reynolds. Valutazione dei coefficienti aerodinamici Cl e Cm del profilo Naca0015 a partire dai dati sperimentali. Analisi della scia del profilo Naca0015: misura della distribuzione di pressione totale nella scia al variare dell’incidenza e del numero di Reynolds. Valutazione del coefficiente di resistenza a partire dalle misure di scia: applicazione del teorema della variazione della quantità di moto. Calibrazione di una sonda a filo caldo : taratura in velocità. Caratterizzazione della turbolenza di un getto : misura dell’intensità turbolenta lungo l’asse del getto. Misura di profili di velocità in uno strato limite turbolento su una lamina piana. Fenomenologia dello shedding da un cilindro mediante sonda a filo caldo. Misura di campi istantanei di velocità mediante Particle Image Velocimetry. Misura della distribuzione di temperatura su una lamina soggetta a scambio termico (getto impingente o flusso di parete). Visite tecniche presso aziende con galleria del vento (Stellantis, Pininfarina, Dallara)

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aeroacustica)

AEROACOUSTICS Lectures (40 hours) and exercises (20 hours) are organized in a complementary way. The exercises deal with computational applications of the theory developed during the lectures. Problems are presented to the student to develop the capability of applying the theoretical concepts to practical aeroacoustic problems and to develop the expected expertise. The exercises are proposed in didactic progression. Some of the calculations proposed during the exercises will be made using the software MATLAB providing the hints for the development of the scripts. EXPERIMENTAL AERODYNAMICS Laboratory activities. Pitot tube response to directional sensitivities. Calibration of a pressure transducer. Flow field of a jet: mean velocity profiles at different distances from the orifice and at different flow rate. Pressure distribution along a channel flow at different Reynolds number. Pressure distribution around Naca0015 airfoil varying the incidence and the Reynolds number. Evaluation of the Cl and Cm coefficients of the Naca0015 from the experimental investigation. Wake analysis on the Naca0015: total pressure distributions varying the incidence and the Reynolds number. Evaluation of the drag coefficient from the wake analysis : application of the momentum equation. Hot wire probe calibration: velocity and direction sensitivity. Turbulence characterization of the jet: turbulence intensity profile at different distances from the exit. Boundary layer velocity profiles measurements on a flat plate. Shedding from a cylinder using hot wire probe. [ 22h ]. Technical visits to Alenia wind tunnel ( aeronautical) and to Fiat or Pininfarina ( car and truck aerodynamic) [ 4h ]

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aerodinamica sperimentale)

AEROACOUSTICS Calculus exercises will be proposed dealing with application of the theories developed during the lectures. The student will be encouraged to develop the capability of applying the theoretical concepts to practical aeroacoustic problems. The execution of the exercises will require the use of personal computers. Some problems will be studied with numerical tools provided by the informatic laboratory. EXPERIMENTAL AERODYNAMICS Laboratory activities. Directional response of a Pitot tube. Digital data acquisition system. Calibration of a pressure transducer. Flow field of a jet: measurement of the velocity profiles by pneumatic technique as the distance from the orifice changes and the flow rate changes. Pressure distribution along a duct as the Reynolds number changes. Pressure distribution around the Naca0015 wing profile as the incidence and number of Reynolds vary. Evaluation of the CL and CM aerodynamic coefficients of the Naca0015 wing profile starting from the experimental data. Wake analysis of Naca0015: measurement of the total pressure distribution in the wake varying incidence and Reynolds number. Evaluation of the drag coefficient starting from the wake measurements: application of the momentum theorem. Measurement of mean velocity profiles in a laminar, transitional and turbulent boundary layer on a flat plate by pneumatic technique. Calibration of a hot wire probe: velocity calibration and directional response. Characterization of the turbulence of the jet or of the turbulent boundary layer on the flat plate in terms of distribution of the turbulence level. Vortex shedding from the cylinder by hot wire probe: determination of the Strouhal-Reynolds law. Fourier analysis of a turbulent signal. [20h]. Technical visits: Alenia wind tunnel / Fiat wind tunnel / Pininfarina wind tunnel

Bibliografia

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aeroacustica)

AEROACUSTICA Poiché parte di questo insegnamento è una particolare sintesi di molti aspetti dell'acustica e dell'aeroacustica, è stato preparato materiale didattico apposito in quanto non esistono testi didattici specifici. Nel materiale fornito si fa riferimento a testi specialistici per approfondimenti. Lezioni: appunti del corso forniti dal docente e messi a disposizione agli studenti iscritti all’insegnamento sul portale della didattica. Esercitazioni: testi dei problemi proposti, con le tracce per la soluzione, e relativi codici MATLAB messi a disposizione agli studenti iscritti all’insegnamento sul portale della didattica. AERODINAMICA SPERIMENTALE - R.J.Goldstein, "Fluid mechanics measurements" - Barlow, Rae, Pope, “ Low– speed wind tunnel testing “

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aerodinamica sperimentale)

AEROACUSTICA - Appunti del docente. -A. P. Dowling e J.J. FFowcs Williams, " Sound and Sources of Sound" , J. Wiley, 1983 AERODINAMICA SPERIMENTALE - R.J.Goldstein, "Fluid mechanics measurements". ISBN 9781560323068. Published March 1, 1996 by CRC Press - Barlow, Rae, Pope, "Low–speed wind tunnel testing ". ISBN 0-471-55774-9 (1999) JOHN WILEY & SONS, INC - Discetti S., Ianiro A., "Experimental Aerodynamics". 9781315371733 (2017) CRC Press

Materiale di supporto allo studio

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aeroacustica)

Slides; Dispense; Esercizi risolti; Esercitazioni di laboratorio; Strumenti di simulazione;

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aerodinamica sperimentale)

Slides; Dispense; Esercitazioni di laboratorio; Strumenti di simulazione;

Criteri, regole e procedure per l'esame

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aeroacustica)

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale obbligatoria;

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aerodinamica sperimentale)

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

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aeroacustica)

Exam: Written test; Compulsory oral exam;

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aerodinamica sperimentale)

Exam: Compulsory oral exam; Individual essay;

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Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aeroacustica)

AEROACUSTICA L’esame finale accerta l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese. Al fine di verificare il raggiungimento degli obiettivi di apprendimento, e quindi l’acquisizione delle conoscenze e delle capacità di applicarle, la verifica si compone in una prova scritta, della durata di 2 ore, composta da quattro domande di teoria riguardanti gli argomenti svolti a lezione e da due domande riguardanti i problemi svolti nelle esercitazioni. Le sei domande hanno uguale peso. Durante la prova non è consentivo l'uso degli appunti del corso e libri. AERODINAMICA SPERIMENTALE L'esame consiste in una verifica orale che si sviluppa sia sulla discussione di una o più esercitazioni svolte sulle attività di laboratorio e sia sugli argomenti svolti a lezione. La prima parte dell’esame ha l’obiettivo di accertare la capacità dello studente a saper affrontare, negli aspetti essenziali, lo studio di un fenomenologia fluidodinamica attraverso tecniche sperimentali. La seconda parte dell’esame è focalizzata sulla verifica delle conoscenze acquisite circa gli impianti di sperimentazione ( gallerie del vento ), le tecniche di misura, le tecniche di acquisizione e di analisi dei dati e l’analisi delle incertezze di misura.

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aerodinamica sperimentale)

AEROACUSTICA L'esame orale verte su due domande, una riguardante la prima parte del corso (Acustica) ed una riguardante la seconda parte (Aeroacustica). AERODINAMICA SPERIMENTALE L'esame consiste in una verifica orale della durata di 40 minuti che si sviluppa sulla discussione di una o più esercitazioni svolte sulle attività di laboratorio e sugli argomenti svolti a lezione. La prima parte dell’esame ha l’obiettivo di accertare la capacità dello studente a saper affrontare, negli aspetti essenziali, lo studio di un fenomenologia fluidodinamica attraverso tecniche sperimentali, presentando sia la fenomenologia fluidodinamica sia la catena di misura utilizzata per indagare quel tipo di flusso. La seconda parte dell’esame è focalizzata sulla verifica delle conoscenze acquisite circa gli argomenti presentati durante le lezioni in aula, richiedendo un approfondimento sulle modalità di funzionamento di specifiche tecniche di misura. Gli elaborati individuali delle attività di laboratorio, uno per ciascuna esercitazione, vanno caricati sul portale della didattica entro la settimana che precede la data dell'appello di settembre dell'anno accademico in corso, e comunque prima di sostenere l’esame.

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.

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aeroacustica)

AEROACUSTICS The final assessment is aimed to verify the level of knowledge about the theory and of the expected learning outcomes. To verify these objectives, the exam is a written test composed by four questions about the theory described during the lectures, and two questions about the problems studied during the exercises. All the questions have the same weight. EXPERIMENTAL AERODYNAMICS Oral examination based on the discussion on the practical and theoretical topics developed during the lessons. L'esame consiste in una verifica orale che si sviluppa sia sulla discussione di una o più esercitazioni svolte sulle attività di laboratorio e sia sugli argomenti svolti a lezione. La prima parte dell’esame ha l’obiettivo di accertare la capacità dello studente a saper affrontare, negli aspetti essenziali, lo studio di un fenomenologia fluidodinamica attraverso tecniche sperimentali. La seconda parte dell’esame è focalizzata sulla verifica delle conoscenze acquisite circa gli impianti di sperimentazione ( gallerie del vento ), le tecniche di misura, le tecniche di acquisizione e di analisi dei dati e l’analisi delle incertezze di misura.

Aeroacustica/Aerodinamica sperimentale (Aerodinamica sperimentale)

AEROACUSTICS Oral examination based on two questions, one for acoustics and the other one for aeroacoustics. EXPERIMENTAL AERODYNAMICS The exam consists of an oral examination that develops both on the discussion of one or more work activity carried out on laboratory and on the subjects covered in class. The first part of the exam aims to ascertain the ability of the student to be able to deal with the experimental study of a fluid dynamics phenomenology through the most essential aspects. The second part of the exam is focused on verifying the acquired knowledge about the experimental plants (wind tunnels), the measurement techniques and the analysis of data along with the measurement uncertainties evaluation.