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TERMOFLUIDODINAMICA NUMERICA

Anno accademico e docente
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English course description
Anno accademico
2022/2023
Docente
STEFANO PIVA
Crediti formativi
9
Periodo didattico
Primo Semestre
SSD
ING-IND/10

Obiettivi formativi

Il corso si prefigge l'obiettivo di fornire gli elementi, teorici e pratici, per consentire un utilizzo consapevole delle tecniche di termofluidodinamica computazionale (CFD - Computational Fluid Dynamics) in ambito industriale, senza tuttavia trascurare alcuni aspetti teorici importanti per la messa a punto e la validazione dei modelli stessi.

Prerequisiti

Conoscenze di base di Fisica Tecnica; e' consigliato aver frequentato un corso di informatica industriale.

Contenuti del corso

Introduzione alle leggi del moto dei fluidi. Conservazione della massa. Conservazione dell’energia. Conservazione della quantità di moto. Lo strato limite dinamico. L’analisi dimensionale. Esempi di moto. (23 ore)
Metodi numerici in termofluidodinamica computazionale (CFD). Approcci discreti. Il metodo dei residui pesati. Il metodo delle differenze finite (FDM). Sostituzione dell’equazioni differenziali con un sistema di equazioni algebrico lineare. Metodi di soluzione dei sistemi di equazioni lineari: metodi diretti, metodi iterativi. Il metodo dei residui pesati. (12 ore)
Il metodo degli elementi finiti (FEM). (cenni)
Il metodo dei volumi finti (FVM) per fluidi incomprimibili. Introduzione: l’equazione di trasporto; la griglia di calcolo; discretizzazione spaziale; integrazione temporale. La procedura ai volumi finiti: il metodo SIMPLE e le sue varianti SIMPLEC e SIMPLEX. (18 ore)
La turbolenza e i suoi modelli. Caratteristiche generali della turbolenza: decomposizione e fluttuazioni, la cascata di Kolmogorov, spettri della turbolenza, strutture coerenti. Modelli di turbolenza basati su medie temporali: aspetti generali, modelli a viscosità turbolenta, il modello k-epsilon e le sue varianti, condizioni al contorno e funzioni di parete, modelli k-epsilon per bassi numeri di Reynolds. (7 ore)
Esercitazioni (30 ore).

Metodi didattici

Lezioni teoriche sugli argomenti del corso ed esercitazioni riguardanti la soluzione di problemi termici e termofluidodinamici per via numerica mediante programmi in linguaggio Matlab. Le esercitazioni consistono nella determinazione della distribuzione di temperatura in regime stazionario e transitorio in domini 2-D e 3-D con diverse condizioni al contorno mediante FDM e FVM. (30 ore).

Modalità di verifica dell'apprendimento

L’esame può essere sostenuto dopo avere consegnato via e-mail (almeno una settimana prima della data fissata per la verifica), le relazioni e i programmi di calcolo relativi alle esercitazioni svolte durante il corso. La verifica consiste in tre domande di cui la prima riguarda la programmazione numerica inerente gli argomenti svolti (per esempio: discretizzazione di domini 1-D, 2-D, 3-D, discretizzazione di equazioni differenziali in una o più variabili, assegnazione di condizioni di congruenza in domini discretizzati). La verifica è formalmente orale ma il candidato dovrà rispondere alle domande per iscritto. La corretta risposta alla prima domanda consente la prosecuzione dell’esame con due successive domande riguardanti gli argomenti svolti a lezione. Le relazioni presentate, se correttamente eseguite, contribuiscono pariteticamente alla valutazione finale.

Testi di riferimento

Sono disponibili le fotocopie del materiale usato a lezione (turbolenza) e le dispense del corso (resto del corso).