L'insegnamento è indirizzato alla comprensione di campi di moto gasdinamici di interesse aerospaziale, al fine di interpretare le diverse fenomenologie e di assimilare gli strumenti di base per la soluzione di problemi aerogasdinamici. Si considerano problemi di flussi esterni con riferimento agli aspetti delle aerodinamici di un corpo in volo, con particolare riguardo al regime in cui la compressibilità attraverso urti ed espansioni supersoniche presenta un ruolo importante (regimi di alto subsonico, transonico, supersonico e ipersonico). Vengono introdotti anche i flussi interni caratterizzati da effetti viscosi e da trasmissione di flussi di calore. Sono forniti cenni sulla fenomenologia di un flusso ipersonico relativamente alle problematiche connesse alla fase di rientro in atmosfera di una navetta spaziale. Nella prima parte dell'insegnamento viene trattato il flusso inviscido e si presenta il quadro delle equazioni di governo di tali flussi. Vengono quindi esaminati i flussi canonici di riferimento utili per lo studio dei flussi attorno a profili alari, ali e corpi di rivoluzione immersi in un flusso ad alta velocità. Nella seconda parte dell' insegnamento vengono introdotti gli effetti della viscosità e della conducibilità dei gas sulle fenomenologie aerogasdinamiche, vengono pertanto ricavate le equazioni di governo e sono specializzate per lo strato limite. In particolare viene esaminato il campo di moto accoppiato cinematico e termico che si genera nello strato limite per effetto dell'alta velocità e della conducibilità termica della parete lambita. Sono ricavate soluzioni analitiche delle equazioni per casi semplici. Infine si descrive la fenomenologia di base dei flussi ipersonici con particolare riguardo ai processi chimici che prendono corpo a valle di urti e nello strato limite.

L'insegnamento è indirizzato allo sviluppo negli studenti delle capacità di interpretare e comprendere gli aspetti fondamentali che caratterizzano i processi aerogasdinamici nel campo aerospaziale. Saranno potenziate anche le capacità di analisi quantitative attraverso l'acquisizione di strumenti di base per la soluzione di problemi tipici dei flussi caratterizzati da alta velocità. Sarà infine fornita seppure in modo limitata un’attività a carattere sperimentale a supporto di alcuni argomenti trattati a lezione.

Conoscenza dei contenuti dei corsi di Termofluidodinamica e di Aerodinamica.

Concetti introduttivi. Richiami della teoria cinetica dei gas. Richiami di concetti di termodinamica. Proprietà di trasporto dei fluidi: viscosità, conducibilità e diffusività. Concetto di compressibilità e condizione di compressibilità. Forze agenti su un corpo lambito da una corrente Flusso inviscido. Forma integrale delle leggi di conservazione. Forma differenziale delle equazioni. Equazione del potenziale. Teorema di Crocco. Flusso uni-dimensionale. Velocità del suono e numero di Mach. Relazioni dell'urto retto. Tubo d'urto. Propagazione di onde d'urto. Flusso di Rayleigh. Flusso di Fanno. Onde oblique in flussi supersonici. Polare dell’urto. Linee di Mach. Espansione di Prandtl-Meyer ed epicicloide. Onda d'urto obliqua. Polare dell'urto. Diagramma pressione-deflessione. Riflessione e intersezione di urti obliqui. Urti staccati e curvi dal corpo tozzo. Riflessione di onde di espansione. Interazione urto-espansione. Flusso quasi-unidimensionale. Equazione linearizzata del potenziale. Flusso subsonico linearizzato. Flusso supersonico linearizzato. Numero di Mach critico e Mach di drag rise. Profili sottili in flussi supersonici. Flusso transonico. Profili supercritici per il volo transonico. Corpo di minima resistenza d'onda. Regola delle aree. Caratteristiche aerodinamiche di profili alari e di ali in flussi compressibili. Flusso su cunei bidimensionali, su coni e su corpi di rivoluzione allungati. Effetti della viscosità e della conducibilità. Equazioni di governo. Equazioni per lo strato limite termico. Flusso di Couette termico. Soluzioni dell'equazione dell'energia. Analogie di Reynolds. Strato limite termico turbolento. Correzione del coefficiente di attrito per effetto della compressibilità e della temperatura di parete. Flussi di calore su placca piana, su bordi di attacco cilindrici e sferici. Fenomenologia dei flussi ipersonici. Teoria Newtoniana. Cenni sull’equilibrio chimico per una miscela di gas ad alta temperatura. Processi chimici a valle dell'urto retto e nello strato limite.

A lato della presentazione degli argomenti trattati nell'insegnamento sono sviluppate in aula semplici valutazioni quantitative. Sono svolte anche esercitazioni in laboratorio inerenti allo studio del flusso attorno ad un profilo alare, allo studio del flusso in una tavola ad acqua e allo studio del flusso attorno a corpi semplici in una piccola galleria supersonica. Si richiede allo studente una relazione scritta che verrà discussa in sede di esame.

Modern Compressible Flow J.D. Anderson ( McGraw Hill ) Elements of Gasdynamics H.W. Liepmann & A. Roshko ( J.Wiley & Sons ) Viscous Fluid Flow F.M. White ( McGraw Hill ) Gasdinamica. Problemi risolti e richiami di teoria G. Iuso - F.Quori ( Levrotto- Bella )

Dispense; Libro di esercitazione; Esercizi; Esercitazioni di laboratorio;

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa; Elaborato scritto individuale; Prova scritta in aula tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;

Exam: Written test; Optional oral exam; Individual essay; Computer-based written test in class using POLITO platform;

... L'esame si svolge in presenza, in forma scritta ed è strutturato in due sezioni. La prima sezione è composta da trenta domande a risposta multipla che coprono l’intero programma svolto. Ad ogni risposta esatta vengono assegnati 0,5punti mentre per ogni risposta errata si applica una penalizzazione di 0,125punti. La risposta non data non comporta valutazione. Il punteggio massimo conseguibile è pari a 15. Questa prova della durata di 1 ora viene svolta utilizzando la piattaforma Exam. La seconda parte da effettuare su materiale cartaceo richiede la soluzione di due esercizi da svolgere in 1 ora con un punteggio massimo di 15 punti. Ai fini di quest'ultima valutazione sarà ritirato il solo materiale cartaceo consegnato all'inizio della prova. Sarà comunque possibile utilizzare materiale cartaceo personale a supporto dello svolgimento. Per la prima parte dell'esame non è possibile consultare alcun materiale didattico. Per la risoluzione degli esercizi è possibile invece consultare solo il formulario, tabelle e diagrammi disponibili sul sito web dell'insegnamento. A discrezione del docente può essere richiesta una prova orale aggiuntiva. Questa prova consiste nell'approfondimento di argomenti di teoria e nello svolgimento di due esercizi. La valutazione sarà coerente con le regole esposte sopra. Per ogni sezione è necessario conseguire un voto minimo pari a 8 punti. Per elaborato scritto individuale si intende il report inerente alle attività di laboratorio a cui sarà assegnato al massimo 1 punto. La consegna deve avvenire attraverso il portale della didattica entro l'appello d'esame e comunque non oltre il secondo appello della sessione ordinaria dell'anno accademico in corso.

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.