FLUIDODINAMICA NUMERICA APPLICATA ALLE MACCHINE E AI SISTEMI ENERGETICI
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2021/2022
- Docente
- ALESSIO SUMAN
- Crediti formativi
- 6
- Periodo didattico
- Secondo Semestre
- SSD
- ING-IND/08
Obiettivi formativi
- Il modulo di “Fluidodinamica Numerica Applicata alle macchine e ai sistemi energetici”, del corso integrato di “Termofluidodinamica numerica + Fluidodinamica Numerica Applicata alle macchine e ai sistemi energetici”, intende fornire gli strumenti per l’utilizzo, la gestione e l’applicazione di progetti basati sulla fluidodinamica computazionale (CFD), con particolare riguardo ad argomenti riguardanti le macchine e i sistemi energetici. Il modulo avrà come obbiettivo quello di applicare le teorie e i modelli trattati nel modulo di “Termofluidodinamica Numerica”, coniugando l’ambito di utilizzo degli stessi con problemi applicativi reali. I Risultati di Apprendimento Attesi (RAA) sono: - capacità di gestione di un processo di simulazione numerica dalla generazione della geometria, all'ottenimento di risultati qualitativamente adeguati; - conoscenza delle metodologie numeriche di analisi e progettazione termofluidodinamiche applicate alle macchine, ai sistemi energetici e ai dispositivi di scambio termico; - capacità di applicare in modo opportuno i modelli e i metodi numerici relativi alla termofluidodinamica computazionale; - capacità di interpretare in maniera critica i risultati ottenuti dalla simulazione numerica; - capacità di sintetizzare in un elaborato i risultati ottenuti e di proporre soluzioni per l'ottimizzazione dei dispositivi analizzati.
Prerequisiti
- Conoscenza di Termofluidodinamica Numerica
Conoscenza di base di Fluidodinamica delle Macchine
È consigliato possedere alcuni rudimenti relativi alla modellazione solida tridimensionale Contenuti del corso
- Equazioni di conservazione: richiami (continuità, qu. di moto, energia). Equazioni di stato. Strato limite e concetti di flusso rotazionale e irrotazionale. (5h)
Introduzione alla CFD applicata. Il processo di gestione di una simulazione CFD in generale e di dettaglio. (2.5 h)
Geometria. Generazione e importazione. Pulizia: concetti di dirty geometry, defeaturing, repairing, subtraction. (2.5 h)
Mesh. Tipologia, topologia, caratteristiche, qualità. Griglie strutturate e non strutturate e criteri di generazione. Griglie dinamiche e tecniche di mesh morphing. Gestione dello strato limite. Analisi di indipendenza alla griglia (Grid Convergence Index) (5 h)
Pre-processing. I modelli di soluzione. La turbolenza e modelli di turbolenza. Funzioni di parete. Legame tra mesh e modello di turbolenza. Modelli multifase: Euleriano-Euleriano (VOF), Euleriano-Lagrangiano (Bilancio delle forze). Modelli di scambio termico: Conjugate Heat transfer, Natural Convection, Radiation models. Porous models. (7.5 h)
Impostazione delle condizioni al contorno (BC): posizionamento, tipologie e parametri di calcolo, BC fluidodinamiche, BC della turbolenza, BC dello scambio termico. Interfacce (GGI). (2.5 h)
Risolutore. richiamo sugli schemi di risoluzione (First-Order (Upwind) e Second-Order). Criteri di convergenza. Residui sulle equazioni di conservazione. Punti di monitoraggio e parametri globali. (2.5 h)
Risoluzione del problema fluidodinamico dipendente dal tempo (simulazione transitoria) (2.5 h)
Post-processing. Visualizzazioni: streamline, vector plot, contour plot, isosurface. Richiamo alle operazioni di media. Calcolo dei parametri integrali. (5 h).
Esercitazione assistita al calcolatore. Sviluppo di un progetto completo di verifica CFD di una macchina o di un sistema energetico (25 h). Metodi didattici
- Il modulo è equamente diviso tra lezioni frontali ed esercitazioni pratiche. L'esercitazione prevederà lo sviluppo di un progetto CFD assistito fino al raggiungimento della completa autonomia sull'utilizzo di un software per la simulazione termo-fluidodinamica.
Modalità di verifica dell'apprendimento
- La verifica dell’apprendimento consiste nel sostenere un colloquio di circa 30 min che verterà sulla valutazione della capacità di gestione di un processo di simulazione numerica e la capacità di interpretare in maniera critica i risultati ottenuti dalla simulazione numerica. Durante la prova si dovrà dimostrare di conoscere le modalità di utilizzo e alcuni comandi specifici del software di simulazione fluidodinamica utilizzato a lezione. In linea con quanto previsto nel modulo di “Termofluidodinamica Numerica”, verranno inoltre formulate domande per verificare la coerenza con quanto esposto e per verificare la conoscenza delle metodologie e delle tecniche numeriche di analisi ponendo in relazione le teorie e i modelli propri della termofluidodinamica numerica e la loro applicazione nell’analisi di sistemi e macchine reali.
Testi di riferimento
- Slide delle lezioni.
Tutorial delle esercitazioni pratiche.
Comini, Croce, Nobile - Fondamenti di Termofluidodinamica computazionale.
Çengel, Cimbala. Meccanica dei fluidi.
