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Anno Accademico 2007/08
01IOQFT
Sistemi reattivi per micro e nanotecnologie
Corso di L. Specialistica in Ingegneria Chimica - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Barresi Antonello ORARIO RICEVIMENTO PO ING-IND/24 34 22 0 0 4
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/24 5 D - A scelta dello studente A scelta dello studente
Obiettivi dell'insegnamento
Lo scopo del corso e' quello di fornire agli studenti un inquadramento generale relativo alla progettazione di materiali per le micro e nano tecnologie e fornire informazioni riguardo alle applicazioni industriali di rilevante interesse.
Competenze attese
Familiarità con le tecniche di preparazione e caratterizzazione di nano-materiali. Capacità di utilizzare un codice commerciale di fluidodinamica computazionale per la modellazione di sistemi reattivi turbolenti. Capacità di risolvere ed implementare modelli di micromiscelazione e di bilanci di popolazione.
Prerequisiti
Fenomeni di trasporto, Fenomeni di trasporto II, Chimica Fisica Applicata
Programma
Rassegna delle applicazioni di riferimento: produzione di micro e nanoparticelle per precipitazione e cristallizzazione, processi di coagulazione di polimeri collodiali, sintesi di nanoparticelle per combustione. Studio dei fenomeni coinvolti: nucleazione, crescita, aggregazione e rottura di nanoparticelle. 'Progettazione' di nanoparticelle tramite modellazione matematica: bilanci di popolazione, micromiscelamento e fluidodinamica computazionale.
Programma (Prof. A. Barresi)
Introduzione ai nanomateriali: applicazioni principali dei nanomateriali e loro caratteristiche.
Caratterizzazione dei nanomateriali: microscopia elettronica a scansione e trasmissione; difrattometria; light scattering per misure granulometriche e caratterizzazione di solidi frattali; misure di mobilità e potenziale zeta.
Preparazione di nanomateriali: precipitazione turbolenta in fase liquida e gassosa; precipitazione turbolenta di nanoparticelle polimeriche e loro aggregazione; preparazione tramite sol-gel; cenni a chemical vapour deposition, a elettrodeposizione ed alla produzione di nanotubi;
Richiami di teoria della turbolenza e della miscelazione turbolenta: teoria di Kolmogorov e microscala di Kolmogorov, spettro dell'energia turbolenta e spettro dello scalare, microscala di Batchelor.
Modelli per il trasporto turbolento: simulazione numerica diretta, Large Eddy Simulation ed approccio Reynolds-average Navier-Stokes equations.
Modelli RANS per la turbolenza: modelli basati sul concetto di viscosità turbolenta; modelli basati sulla soluzione delle equazioni di trasporto degli stress di Reynolds.
Codici di fluidodinamica computazionale: metodi ai volumi-finiti; griglie di calcolo strutturate e non strutturate, staggered e collocated'; discretizzazione numerica nello spazio e nel tempo; pressure-velocity coupling (SIMPLE e SIMPLEC).
Modelli RANS per la miscelazione turbolenta: diffusività turbolenta; varianza dello scalare; dissipazione della varianza; turbulent mixer model; modelli di non equilibrio (spectral relaxation model).
Chiusura del termine di reazione chimica: metodo dei momenti (di primo ordine o superiori); assunzione del raggiungimento istantaneo dell'equilibrio chimico; modelli lagrangiani; metodi delle funzioni densità di probabilità presunti.
Bilanci di popolazione: richiami alla teoria dei bilanci di popolazione e tecniche di soluzione numerica; implementazione nei codici di fluidodinamica computazionale.
Modellazione della formazione ed evoluzione delle nanoparticelle: nucleazione di nanoparticelle e cenni ai fenomeni di self-assembling; processi di size-elargement, crescita molecolare ed aggregazione; frequenza di aggregazione ed efficienza di aggregazione. Cenni ai fenomeni di rottura di nanoparticelle.


Laboratori e/o esercitazioni
Uso di codici di fluidodinamica computazionale per la modellazione di campi di moto complessi.
Implementazione nei codici di fluidodinamica computazionale di modelli di micro-miscelazione.
Soluzione di bilanci di popolazione ed implementazione in codici di fluidodinamica computazionale.
Misure di distribuzioni granulometriche.
Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma definitivo per l'A.A.2009/10
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