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Anno Accademico 2009/10
02GDWFQ
Flussi turbolenti
Corso di L. Specialistica in Ingegneria Aerospaziale - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Tordella Daniela ORARIO RICEVIMENTO AC ING-IND/06 36 20 0 0 11
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/06 5 B - Caratterizzanti Ingegneria aerospaziale ed astronautica
Obiettivi dell'insegnamento
L'insegnamento impartito in questo corso ha la finalitą di completare le conoscenze di base relative allo studio del moto di un fluido e della sua interazione con superfici solide. In particolare si analizzano le proprietą fisiche della turbolenza, che caratterizza la maggior parte dei flussi di interesse industriale sia liberi che in condotti o adiacenti ad una parete. Nel corso, insieme alla descrizione del comportamento fisico di un moto turbolento, si impartiscono nozioni circa le metodologie di studio numeriche e sperimentali e si prepara lo studente all'utilizzo critico dei software di simulazione numerica largamente utilizzati dall'industria nelle fasi di progettazione per predire il moto di un fluido. L'insegnamento č limitato al caso di moto di flussi incompressibili.
Competenze attese
Acquisizione di conoscenze aggiornate sullo studio dei moti turbolenti, capacitą di eseguire valutazioni di sforzo d'attrito in flussi a parete e di interpretazione delle teorie implementate nei moderni codici di calcolo.
Prerequisiti
Fondamenti del calcolo differenziale ed integrale. Termofluidodinamica e Aerogasdinamica.
Programma
Introduzione: la natura fisica della turbolenza. Le equazioni del moto per flussi incompressibili (richiami). Il tensore degli sforzi di Reynolds. Equazioni dei momenti del secondo ordine: equazioni di bilancio degli sforzi di Reynolds e dell'energia cinetica delle fluttuazioni turbolente.
Elementi di statistica per la descrizione dei moti turbolenti: media di insieme e media temporale, la funzione densitą di probabilitą, momenti centrali (varianza, skewness e flattness), correlazioni, funzione di correlazione. Simmetrie statistiche nei flussi turbolenti. Le scale nei moti turbolenti. L'analisi spettrale dei flussi turbolenti. La cascata di energia. Ipotesi di Komogorov (K 1941).
Metodologie sperimentali per lo studio della turbolenza. Anemometro a filo caldo, anemometro laser Doppler, PIV (particle image velocimetry).
Metodi numerici per lo studio dei moti turbolenti. DNS (direct numerical simulation): limiti di applicabilitą a flussi di interesse industriale. LES (large eddy simulation): le equazioni filtrate, il modello di Smagorinsky, il modello dinamico di Germano. RANS (Reynolds averaged methods): modelli di turbolenza, ipotesi di Boussinesq, modello algebrico, one equation model, modello k-ε, Reynolds-stress transport equations model.
Moti di strato limite. Strato limite laminare (richiami). Teoria della stabilitą lineare. Equazione di Orr-Sommerfeld. Curve di stabilitą neutra. La transizione in strati limite bidimensionali. Le onde di Tollmien-Schlichting. Effetti del numero di Reynolds, della rugositą di parete, del livello di turbolenza del flusso esterno, del gradiente di pressione. Effetti di tridimensionalitą, amplificazione di instabilitą del moto trasversale, contaminazione di bordo d'attacco. Metodi empirici per la predizione della transizione. Equazioni dello strato limite turbolento bidimensionale per le quantitą medie: approssimazioni introdotte e metodi di chiusura. Equazione integrale di Von Karman.
Struttura dello strato limite, sottostrato viscoso, buffer layer, regione logaritmica e wake region. Eventi VITA ed eventi Q2 e Q4. Strutture coerenti, vortici quasi longitudinali e strisce di bassa ed alta velocitą. Rigenerazione dell'energia turbolenta nella regione prossima a parete: ipotesi correnti.
Cenni sulla turbolenza di griglia, sui getti turbolenti e sui moti turbolenti nei canali.
Laboratori e/o esercitazioni
Le esercitazioni sono svolte utilizzando gli impianti del Laboratorio di Aeronautica e riguardano l'osservazione sperimentale di moti turbolenti tipici. E' prevista una esercitazione di calcolo, metodo RANS, ala 3D, software STAR CCM+ presso il CESIT.
Bibliografia
a) Testo di riferimento per il corso:
Copia delle diapositive proiettate durante le lezioni fornite dal docente nel Portale della Didattica.
b) Per approfondimenti ed ulteriore consultazione:
Stephen B. Pope, Turbulent Flows, Cambridge University Press (2000)
Jean Mathieu, Julian Scott, An Introduction to Turbulent Flow, Cambridge University Press (2000).
Verifica la disponibilita in biblioteca
Controlli dell'apprendimento / Modalitą d'esame
Esame scritto riguardante l'intero corso.
Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

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