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Anno Accademico 2012/13
01MMAIV
Combustione turbolenta
Dottorato di ricerca in Energetica - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Catania Andrea ORARIO RICEVIMENTO     26 0 0 0 5
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
*** N/A ***    
Obiettivi dell'insegnamento
FinalitÓ del corso:
I combustibili fossili costituiscono una delle fonti energetiche primarie per il prossimo futuro. Nelle applicazioni di interesse ingegneristico il processo di combustione avviene sempre all'interno di un campo di moto turbolento per i seguenti motivi: la turbolenza, migliorando il processo di miscelamento, favorisce la combustione, la quale, a sua volta, rilasciando calore, produce instabilitÓ nel flusso favorendo la transizione al moto turbolento. Nei sistemi a combustione, il processo di combustione pu˛ avvenire in condizioni stazionarie (bruciatori, combustori di turbine a gas, ') o in condizioni non stazionarie (motori alternativi a combustione interna). Risulta quindi fondamentale la comprensione dei meccanismi della combustione turbolenta e in particolare del ruolo della turbolenza in tale processo.
Il corso intende presentare le metodologie per l'analisi sperimentale e la modellizzazione di flussi turbolenti, in presenza o meno di reazioni chimiche, e le loro applicazioni ai sistemi energetici, con particolare riferimento ai combustori di turbine a gas e ai motori a combustione interna.

Aims of course:
The combustion of fossil fuels will remain a key technology for the near future. In engineering systems the combustion process takes always place within a turbulent flow-field for the following reasons: turbulence increases the mixing process and enhances combustion, at the same time combustion releases heat, which generates flow instabilities enhancing the transition to turbulence. In energetic combustion systems, the combustion process takes place either under steady-state (burners, gas turbine combustors,') or under unsteady conditions (IC reciprocating engines). It is therefore very important to understand the mechanisms of turbulent combustion and, in particular, the role of turbulence within this process.
The course aims at presenting methodologies for the experimental analysis and modeling of turbulent reacting or chemically-reacting flows and their application to energy systems, with particular reference to gas turbine combustors and IC reciprocating engines.
Programma
Programma del corso:
Dopo aver introdotto le procedure per l'analisi e la misura di grandezze stocastiche, sia stazionarie, sia nonstazionarie, il corso intende fornire le basi per la definizione e lo studio delle proprietÓ statistiche della turbolenza, al fine di meglio comprendere il ruolo della turbolenza nei processi di combustione che hanno luogo nei sistemi a combustione (e in particolare, nei bruciatori, nei combustori di turbine a gas e nei motori alternativi a combustione interna). Viene quindi presentata una rassegna dei modelli di turbolenza e dei loro limiti per quanto riguarda le applicazioni ai flussi di interesse energetico propulsivo. Infine, vengono illustrati alcuni codici per la simulazione di flussi turbolenti multidimensionali e la loro applicazione a sistemi energetici.
Viene analizzata la combustione turbolenta nei suoi diversi aspetti; sono introdotti i concetti fondamentali della modellistica (mono e multidimensionale) e vengono presentati i principali modelli per la combustione turbolenta sia stazionaria, sia non stazionaria, in miscele omogenee o meno. Con particolare riferimento ai motori a CI sono illustrate le procedure per lo studio del rilascio termico basate sull'analisi del segnale di pressione nella camera di combustione e modelli predittivi di combustione sia premiscelata che eterogenea. Tali procedure comprendono anche modelli per la simulazione dello scambio termico convettivo non stazionario tra gas e pareti della camera di combustione e tengono conto degli effetti della legge di iniezione sull'andamento della frazione di massa bruciata.

Course contents:
After an introduction to the appropriate procedures for random data analysis and measurement, approaches are presented for the definition and comprehension of statistical properties of steady-state and nonstationary turbulence in order to understand their role in combustion systems (such as, burners, gas turbine combustors and IC reciprocating engines). A review of turbulence models and their limits for application to flows of energetic or propulsive interest will be made. Multidimensional turbulent flow codes are illustrated along with their application to main combustion systems.
The turbulent combustion will be analyzed in its various aspects. Fundamentals of modelling (one and multidimensional) will be introduced for turbulent combustion in homogeneous mixture or not. With specific reference to IC reciprocating engines multizone heat-release analysis procedures of pressure time-histories are presented. These include nonstationary gas-wall heat-convection models and fuel-injection rate effects. An overview of multidimensional modeling approaches is given and in-engine turbulent combustion models are presented for premixed and non-premixed combustion.

Bibliografia:
J.S. Bendat and A.G. Piersol, 'Engineering Applications of Correlation and Spectral Analysis', Wiley-Interscience, John Wiley & Sons, 1980.
H. Tennekes and J.L. Lumley, 'A First Course in Turbulence', The MIT Press, 1972.
M. Lesieur, 'Turbulence in Fluids', Martinus Nijhoff Publishers, 1987.
Tau-Yi Toong, 'Combustion Dynamics ' The Dynamics of Chemically Reacting Fluids', McGraw-Hill, 1983.
G.L. Borman, K.W. Ragland, 'Combustion Engineering', McGraw-Hill, 1998.
N. Peters, 'Turbulent Combustion', Cambridge University Press, 2000.
Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma provvisorio per l'A.A.2012/13
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