Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica
 Corsi di insegnamento: Termofluidodinamica applicata Logout
 

Termofluidodinamica applicata

 

Anno accademico 2016/2017

Docente Prof. Sara Rainieri (Titolare del corso)
Anno 1° anno
Tipologia Di base
Crediti/Valenza 9 CFU
SSD ING-IND/10 - fisica tecnica industriale
Erogazione Tradizionale
Lingua Italiano
Frequenza Obbligatoria
Valutazione Scritto ed orale
Periodo didattico Primo semestre
 

Obiettivi formativi del corso

Scopo del corso è fare acquisire conoscenze relativamente al tema della trasmissione del calore e, più in generale, relativamente ai fenomeni di trasporto applicati ai processi ingegneristici. Parte del corso è dedicato all’analisi numerica applicata ai problemi di scambio termico e di moto dei fluidi. Al fine di far acquisire conoscenze metodologiche e applicative, parte del corso si avvale di lezioni di laboratorio di informatica in cui viene utilizzato l’ambiente di programmazione Matlab e Comsol Multiphysics.

 

Risultati dell'apprendimento

L'esame consiste in una prova scritta, seguita da un colloquio.

 

Attività di supporto

Al fine di far acquisire conoscenze metodologiche e applicative, parte del corso si avvale di lezioni di laboratorio di informatica in cui viene utilizzato l’ambiente di programmazione Matlab e Comsol Multiphysics.

 

Programma

Conduzione del calore in regime stazionario e non stazionario. Conduzione del calore in regime stazionario in sistemi monodimensionali. Superfici alettate. Conduzione del calore in sistemi bidimensionali. Formulazione alle differenze finite dell’equazione di Fourier. Conduzione del calore in regime non stazionario. Adimensionalizzazione dell'equazione di Fourier e delle relative condizioni al contorno: numero di Fourier, numero di Biot; casi limite per Biot grande e piccolo; caso di Biot qualunque: lastra piana infinita, cilindro infinito, sfera; solidi di dimensione finita: parallelepipedo e cilindro.

 

Trasporto di materia. Legge di Fick. Coefficiente di diffusione di materia. Equazione di conservazione per una singola specie chimica in miscele binarie. Forma dimensionale dell’equazione. Il numero di Schmidt. Numero di Sherwood. Strato limite di concentrazione.

 

Convezione. Generalità sullo scambio termico per convezione. Le equazioni di strato limite. Convezione forzata. Flusso esterno. Lastra piana con deflusso parallelo. Deflusso trasversale su superfici cilindriche e sferiche. Deflusso trasversale su banchi di tubi. Flusso interno. Regione di ingresso e moto laminare completamente sviluppato. Il bilancio dell’energia per le condizioni al contorno di flusso uniforme alla parete e di temperatura di parete uniforme. Correlazioni di convezione per il moto laminare nei condotti. Moto turbolento completamente sviluppato. Correlazioni. Condotti a sezione non circolare. Convezione naturale. Caratteristiche fenomenologiche. Equazioni fondamentali e raggruppamenti adimensionali. Convezione naturale su lastra piana verticale. Lastra piana orizzontale. Effetti dell’inclinazione. Cilindri e sfere. Convezione naturale in spazi confinati. Cavità rettangolari e anulari. La convezione mista.

 

Analogia tra trasporto di energia, materia e quantità di moto. Analogia di Reynolds. Analogia di Chilton Colburn. Moto turbolento entro condotti a parete liscia. Flusso ortogonale a superfici cilindriche. Lastra piana con flusso parallelo. Simultaneo trasporto di materia ed energia. Raffreddamento evaporartivo. Processo di saturazione adiabatica. Teoria dello psicrometro.

 

Incremento dello scambio termico.

Le tecniche di incremento dello scambio termico. Tecniche passive ed attive.  Vantaggi dell’incremento dello scambio termico. Superfici alettate. Tubi con alettatura longitudinale ed elicoidale. Inserimento di elementi all’interno di condotti per flussi monofase. Tubi ad alettatura interna. Tubi a corrugazione integrale.

 

Scambiatori di calore. Generalità e classificazione. Coefficiente globale di scambio termico. Effetto dello sporcamento della superficie. Differenza di temperatura medio logaritmica: scambiatori a correnti parallele e non parallele. Metodo dell’efficienza e del numero di unità di trasporto. Scambiatori compatti.

 

Scambio termico in ebollizione e condensazione.

Raggruppamenti adimensionali nell’ebollizione e nella condensazione. Regimi di ebollizione: ebollizione di massa, ebollizione in convezione forzata, ebollizione sottoraffreddata e satura. Modalità di ebollizione di massa: in convezione naturale, nucleata, regime di transizione, a film. Correlazione di Rhosenow. Flusso critico. Flusso minimo. Ebollizione in convezione forzata. Condensazione superficiale. Condensazione a film e condensazione a gocce. Condensazione a film laminare su lastra piana verticale, soluzione di Nusselt, numero di Reynolds per la condensazione a film: regime di transizione, regime turbolento numero di Nusselt modificato. Condensazione a film su sistemi radiali. Condensazione a gocce.

 

Reologia.

Classificazione dei fluidi: puramente viscosi, viscoelastici e dipendenti dal tempo. Modelli reologici. Fludi non Newtoniani: modello di Bingham e a legge di potenza. Determinazione dei parametri reologici mediante reometro a tubo capillare. Fluidi verificanti la legge di potenza in moto entro condotti. Profilo di velocità. Numero di Reynolds generalizzato. Fattore di attrito in regime laminare. Regime turbolento. Relazione di Dodge e Metzner. Scambio termico convettivo in regime laminare e turbolento.  

 

Testi consigliati e bibliografia

-F. P. INCOPRERA, D P DE WITT: " Fundamentals of Heat and Mass Trasfer ", John Wiley & Sons, New york, 1985.

-Rheological methods in food process engineering by James Freeman Steffe

 

Orario lezioniV

GiorniOreAula
Lunedì8:45 - 10:30
Mercoledì10:30 - 12:30
Giovedì10:30 - 12:30
Lezioni: dal 30/09/2013 al 23/12/2013


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Ultimo aggiornamento: 20/11/2014 10:23
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