Ingegneria meccanica - Mechanical Engineering

Parte A. Turbolenza L'approccio statistico alla turbolenza: Medie e distribuzioni di probabilità (pdf) semplici e condizionate. L’equazioni di trasporto per la pdf. Concetti base di turbolenza: La decomposizione di Reynolds e le equazioni di Navier-Stokes mediate. Energia cinetica di campo medio. Energia cinetica turbolenta, produzione, dissipazione e trasporto. Flussi turbolenti di parete: Velocità d'attrito, scale caratteristiche e legge della parete. Regione di sovrapposizione e la legge d'attrito. Getti turbolenti: La dinamica di un getto turbolento ed il fenomeno di ``entrainment''. Flusso di quantità di moto e leggi di similitudine per il profilo di velocità La piccole scale della turbolenza: Spettri di energia, equazioni di bilancio nello spazio spettrale e legge di Kolmogorov. Funzioni di struttura ed equazione di Kolmogorov. Parte B. Combustione Meccanica Statistica: Equazioni di Hamilton ed equazione di Liouville. Il concetto di insieme meccanico-statistico. Insieme canonico, funzione di partizione e Energia libera. Equipartizione dell’energia. Termodinamica: Il modello di gas perfetto e le miscele di gas perfetti. Energia interna, entropia, pressione, potenziale chimico. L’entalpia di una miscela. Cinetica dei processi di trasporto: Il potenziale chimico e l'affinità. Relazioni costitutive per i flussi di massa. Elementi di cinetica chimica: Ordine di reazione e tassi di reazione. Espressione di Arrhenius per la velocità di reazione. Meccanismi di reazione. Le equazioni di Navier-Stokes per una miscela reagente: Le equazioni per la massa delle specie chimiche. L’equazione di conservazione della massa della miscela. Quantità di moto peculiare e conservazione della quantità di moto per la miscela. L’equazione di conservazione dell’energia: le equazioni per energia totale, energia interna, entropia, entalpia e temperatura. Le equazioni di Navier-Stokes reagenti nel limite di piccolo numero di Mach. Fiamme laminari: Fiamme premiscelate ed il modello di Zeldovich/Frank-Kamenetskii. Relazioni di salto attraverso un fronte di fiamma sottile. Fiamme non premiscelate. Fiamme turbolente: Fiamme premiscelare: Classificazione e diagramma di Borghi. Il modello ``flamelet'' e la velocità turbolenta di fiamma. Fiamme non premiscelate.

Buona conoscenza dell’analisi matematica e comprensione degli aspetti fondamentali delle equazioni differenziali ordinare e alle derivate parziali. Buona comprensione della meccanica, della fisica di base, della termodinamica e della chimica elementare. Buona conoscenza delle fluidodinamica.

Turbolenza. Dispense a cura del docente Elementi di Combustione Turbolenta. Dispense a cura del docente Turbulent Flows, Stephen B. Pope, Cabridge University Press Combustion Physics, Chung K. Law, Cambridge University Press Warnatz, Maas, Dibble. Combustion, Springer Peters. Turbulent Combustion, Cambridge University Press.

Il corso è per la maggior parte insegnato con lezioni frontali. Circa un quarto del corso è dedicato a lezioni di laboratorio numerico dove l’allievo impara gli elementi di base della simulazione di flussi turbolenti e reattivi.

Sebbene non obbligatoria, le frequenza delle lezioni è caldamente consigliata.

La valutazione dell’allievo avviene tramite un esame con una parte scritta di 3 ore seguita da una prova orale, tipicamente sostenuta il giorno seguente quello della prova scritta. La prova scritta consiste nel rispondere ad una serie di domande aperte (tipicamente quattro) relative alle diverse parti del programma svolto a lezione. Ciascuna risposta è valutata con un voto da 1 a 10 ed il voto relativo alla prova scritta è ottenuto come media dei voti delle risposte riportata in trentesimi. Fa seguito una prova orale dedicata alla discussione della prova scritta e all’approfondimento di ulteriori temi, in particolare connessi alle lezioni di laboratorio ed ad aspetti approfonditi in autonomia dall’allievo. La struttura dell’esame viene ampiamente illustrata e discussa con gli allievi sia nella lezione di presentazione del corso che alla fine del semestre. La prova di esame mira a valutare quanto l’allievo abbia acquisito le competenze descritte negli obiettivi formativi, con particolare riferimento alla: a) comprensione dei concetti e delle tecniche di analisi illustrati durante le lezioni; b) capacità di apprendere in autonomia; c) capacità di analizzare in modo critico un problema di turbolenza e/o compustione. d) capacità di sintesi e abilità comunicativa.

Il corso è per la maggior parte insegnato con lezioni frontali. Circa un quarto del corso è dedicato a lezioni di laboratorio numerico dove l’allievo impara gli elementi di base della simulazione di flussi turbolenti e reattivi.

Il corso verrà insegnato dai Proff. Casciola e Giacomello. Il programma qui riportato si riferisce alla parte del corso del Prof. Giacomello. Flussi laminari di taglio: - flussi paralleli - strato limite - soluzione di Blasius - soluzione di Falkner-Skan Stabilità dei flussi di taglio: - equazione di Reynolds-Orr - Analisi lineare non viscosa - Stabilità viscosa lineare - Stabilità non lineare Produzione di rumore in turbolenza - equazione delle onde - soluzioni all'equazione delle onde - iniezione di massa in un flusso - analogia di Lighthill - equazione dell'energia acustica - Rappresentazioni integrali - formula di Kirkhhoff - approssimazione di Fraunhofer - teoria di Lighthill del rumore di un getto

Buona conoscenza dell’analisi matematica e comprensione degli aspetti fondamentali delle equazioni differenziali ordinare e alle derivate parziali. Buona comprensione della meccanica, della fisica di base, della termodinamica e della chimica elementare. Buona conoscenza delle fluidodinamica.

Turbolenza. Dispense a cura del docente Elementi di Combustione Turbolenta. Dispense a cura del docente

Il corso è per la maggior parte insegnato con lezioni frontali.

facoltativa

La valutazione dell’allievo avviene attraverso un unico esame per le parti insegnate dai Proff. Casciola e Giacomello con una parte scritta di 3 ore seguita da una prova orale, tipicamente sostenuta il giorno seguente quello della prova scritta. La prova scritta consiste nel rispondere ad una serie di domande aperte (tipicamente quattro) relative alle diverse parti del programma svolto a lezione. Ciascuna risposta è valutata con un voto da 1 a 10 ed il voto relativo alla prova scritta è ottenuto come media dei voti delle risposte riportata in trentesimi. Fa seguito una prova orale dedicata alla discussione della prova scritta e all’approfondimento di ulteriori temi, in particolare connessi alle lezioni di laboratorio ed ad aspetti approfonditi in autonomia dall’allievo. La struttura dell’esame viene ampiamente illustrata e discussa con gli allievi sia nella lezione di presentazione del corso che alla fine del semestre. La prova di esame mira a valutare quanto l’allievo abbia acquisito le competenze descritte negli obiettivi formativi, con particolare riferimento alla: a) comprensione dei concetti e delle tecniche di analisi illustrati durante le lezioni; b) capacità di apprendere in autonomia; c) capacità di analizzare in modo critico un problema di turbolenza e/o combustione. d) capacità di sintesi e abilità comunicativa.

Schmid, P. J., & Henningson, D. S. (2012). Stability and Transition in Shear Flows (Vol. 142). Springer Science & Business Media. Rienstra, S.W. & Hirschberg, A. An Introduction to Acoustics. Eindhoven University of Technology

Il corso è per la maggior parte insegnato con lezioni frontali.