ID:
66137
Tipo Insegnamento:
Opzionale
Durata (ore):
60
CFU:
6
SSD:
SISTEMI PER L'ENERGIA E L'AMBIENTE
Url:
INGEGNERIA MECCANICA/Percorso Comune Anno: 2
Anno:
2024
Dati Generali
Periodo di attività
Primo Semestre (19/09/2024 - 17/12/2024)
Syllabus
Obiettivi Formativi
Il corso ha l’obiettivo di fornire le conoscenze (i) sui principali fenomeni fluidodinamici che si manifestano all’interno delle macchine a fluido incomprimibile e comprimibile e (ii) sul funzionamento delle turbomacchine a fluido comprimibile. Le conoscenze e gli strumenti forniti sono finalizzati a fornire le capacità necessarie per comprendere e modellizzare i suddetti fenomeni fluidodinamici e dimensionare e simulare le turbomacchine a fluido comprimibile.
Prerequisiti
Conoscenze acquisite nei corsi di "Macchine" del CdL in Ingegneria Meccanica e di "Termofluidodinamica numerica + Fluidodinamica numerica applicata alle macchine e ai sistemi energetici" del CdLM in Ingegneria Meccanica. E’ raccomandato acquisire anche le conoscenze fornite nel corso di “Progettazione fluidodinamica delle turbomacchine”, erogato nello stesso semestre dello stesso anno del CdLM in Ingegneria Meccanica.
Metodi didattici
Il corso è organizzato nel seguente modo:
• lezioni (45 ore);
• esercitazioni (15 ore), dove verrà utilizzato un codice CFD commerciale per la soluzione numerica di problemi fluidodinamici affrontati durante il corso.
• lezioni (45 ore);
• esercitazioni (15 ore), dove verrà utilizzato un codice CFD commerciale per la soluzione numerica di problemi fluidodinamici affrontati durante il corso.
Verifica Apprendimento
L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati.
L’esame consiste di norma in:
• presentazione e discussione dei problemi fluidodinamici affrontati utilizzando il codice CFD;
• due quesiti riguardanti gli argomenti trattati nel corso.
Per superare l’esame è necessario dimostrare di possedere le conoscenze di base su tutti gli argomenti del corso. La gradazione del voto positivo da 18 a 30 è funzione dell’approfondimento e del rigore con cui il candidato dimostra di conoscere gli argomenti trattati nel corso e del rigore e della chiarezza con cui vengono presentati e discussi i problemi fluidodinamici affrontati utilizzando il codice CFD.
L’esame consiste di norma in:
• presentazione e discussione dei problemi fluidodinamici affrontati utilizzando il codice CFD;
• due quesiti riguardanti gli argomenti trattati nel corso.
Per superare l’esame è necessario dimostrare di possedere le conoscenze di base su tutti gli argomenti del corso. La gradazione del voto positivo da 18 a 30 è funzione dell’approfondimento e del rigore con cui il candidato dimostra di conoscere gli argomenti trattati nel corso e del rigore e della chiarezza con cui vengono presentati e discussi i problemi fluidodinamici affrontati utilizzando il codice CFD.
Testi
Testi consigliati
- Cohen H., Rogers G.F.C., Saravanamuttoo H.I.H. - Gas Turbine Theory - Longman, 1996.
- Dixon S.D. - Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbomachinery - Elsevier, 2010.
- Greitzer E.M., Tan C.S., Graf M.B. - Internal Flow - Cambridge University Press, 2006.
- Sandrolini S., Naldi G. - Macchine 1. Fluidodinamica e termodinamica delle turbomacchine - Pitagora, 1997.
- Shapiro A.H. - The Dynamics and Thermodynamics of Compressible Fluid Flow, Vol. I & II - John Wiley &Sons, 1953.
Testi di consultazione
- Bettocchi R., Spina P.R., - Propulsione aeronautica con turbogas (Appunti tratti dalle lezioni di Propulsione Aerospaziale II) - 2a Ed. - Pitagora Ed., Bologna, 2002.
- Bettocchi R. - Turbomacchine - Pitagora Ed., Bologna, 1994.
- Csanady G.T. - Theory of Turbomachines - McGraw Hill, 1964.
- Denton J.D. - Loss Mechanisms in Turbomachines - ASME Journal of Turbomachinery, Vol 115, pp. 621-656, 1993.
- Sandrolini S., Borghi M., Naldi, G. - Turbomacchine termiche. Turbine - Pitagora, 1992.
- Sandrolini S., Naldi G. - Macchine 2. Le turbomacchine motrici e operatrici - Pitagora, 1998.
- Cohen H., Rogers G.F.C., Saravanamuttoo H.I.H. - Gas Turbine Theory - Longman, 1996.
- Dixon S.D. - Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbomachinery - Elsevier, 2010.
- Greitzer E.M., Tan C.S., Graf M.B. - Internal Flow - Cambridge University Press, 2006.
- Sandrolini S., Naldi G. - Macchine 1. Fluidodinamica e termodinamica delle turbomacchine - Pitagora, 1997.
- Shapiro A.H. - The Dynamics and Thermodynamics of Compressible Fluid Flow, Vol. I & II - John Wiley &Sons, 1953.
Testi di consultazione
- Bettocchi R., Spina P.R., - Propulsione aeronautica con turbogas (Appunti tratti dalle lezioni di Propulsione Aerospaziale II) - 2a Ed. - Pitagora Ed., Bologna, 2002.
- Bettocchi R. - Turbomacchine - Pitagora Ed., Bologna, 1994.
- Csanady G.T. - Theory of Turbomachines - McGraw Hill, 1964.
- Denton J.D. - Loss Mechanisms in Turbomachines - ASME Journal of Turbomachinery, Vol 115, pp. 621-656, 1993.
- Sandrolini S., Borghi M., Naldi, G. - Turbomacchine termiche. Turbine - Pitagora, 1992.
- Sandrolini S., Naldi G. - Macchine 2. Le turbomacchine motrici e operatrici - Pitagora, 1998.
Contenuti
Il corso prevede 60 ore di didattica frontale in aula, tra lezioni ed esercitazioni. Gli argomenti sviluppati durante il corso sono i seguenti:
1) Equazioni del moto. Definizioni di circolazione e rotore del vettore velocità. Significato di moto irrotazionale. Funzione potenziale di velocità. Equazione di equilibrio radiale. Equazione energetica del vortice. Condizione di vortice libero. (5 ore)
2) Definizioni di: gas perfetto, velocità del suono e numero di Mach. Definizioni di: entalpia, temperatura, pressione e densità statiche e totali. Ipotesi di incomprimibilità. (2 ore)
3) Meccanismi di perdita e loro valutazione: coefficienti di perdita. Strato limite, perdite nello stato limite, spessori dello strato limite. Prestazioni, perdite e fenomeni di separazione dei diffusori. Perdite per brusco allargamento di sezione. Procedure di media in flussi non uniformi. Perdite per miscelazione. (6 ore)
4) Campo di pressione generato da una sorgente di disturbo mobile. Angolo di Mach. Espansione e compressione isentropiche in un flusso supersonico. Formazione delle onde d’urto. Onde d’urto normali e oblique. Riflessioni e interazioni di onde d’urto. (6 ore)
5) Equazioni del flusso monodimensionale, stazionario, comprimibile di un gas perfetto in un condotto. Flusso isentropico attraverso un condotto di area variabile. Espressione della portata ridotta in funzione del rapporto di espansione e del numero di Mach. Comportamento di un condotto convergente e convergente-divergente al variare delle condizioni a valle. Flusso adiabatico irreversibile attraverso un condotto di area variabile. Comportamento di due ugelli fissi in serie, nell'ipotesi di completa dissipazione dell'energia cinetica tra i due ugelli, e di due ugelli in serie, uno fisso (statore) e uno mobile (rotore) (stadio di turbina). (8 ore)
6) Architetture di turbine a gas e a vapore. Stadio di turbina assiale: triangoli di velocità, trasformazione termodinamica, espressione del lavoro, definizioni di rendimento isentropico “total-to-total”, “total-to-static” e di rendimento politropico, di coefficienti di carico e di portata e di grado di reazione. Espressione degli angoli di flusso in funzione del grado di reazione e dei coefficienti di carico e di portata. Criteri di scelta del grado di reazione e dei coefficienti di carico e di portata. Procedura per il progetto preliminare di una turbina assiale pluristadio. Prestazioni della turbina pluristadio. (8 ore)
7) Architetture di compressori dinamici. Stadio di compressore assiale e radiale: triangoli di velocità, trasformazione termodinamica, espressione del lavoro, definizioni di rendimento isentropico e politropico, di coefficienti di carico e di portata e di grado di reazione. Espressione degli angoli di flusso in funzione del grado di reazione e dei coefficienti di carico e di portata. Legame coefficiente di carico-coefficiente di portata, curve di prestazione. Procedura per il progetto preliminare di un compressore pluristadio. Funzionamento in condizioni fuori progetto dello stadio di compressore, accoppiamento aerodinamico tra gli stadi, prestazioni globali del compressore assiale multistadio. Il pompaggio e lo stallo rotante. (10 ore)
8) Utilizzo di un codice CFD commerciale per la soluzione numerica di problemi fluidodinamici affrontati durante il corso (15 ore).
1) Equazioni del moto. Definizioni di circolazione e rotore del vettore velocità. Significato di moto irrotazionale. Funzione potenziale di velocità. Equazione di equilibrio radiale. Equazione energetica del vortice. Condizione di vortice libero. (5 ore)
2) Definizioni di: gas perfetto, velocità del suono e numero di Mach. Definizioni di: entalpia, temperatura, pressione e densità statiche e totali. Ipotesi di incomprimibilità. (2 ore)
3) Meccanismi di perdita e loro valutazione: coefficienti di perdita. Strato limite, perdite nello stato limite, spessori dello strato limite. Prestazioni, perdite e fenomeni di separazione dei diffusori. Perdite per brusco allargamento di sezione. Procedure di media in flussi non uniformi. Perdite per miscelazione. (6 ore)
4) Campo di pressione generato da una sorgente di disturbo mobile. Angolo di Mach. Espansione e compressione isentropiche in un flusso supersonico. Formazione delle onde d’urto. Onde d’urto normali e oblique. Riflessioni e interazioni di onde d’urto. (6 ore)
5) Equazioni del flusso monodimensionale, stazionario, comprimibile di un gas perfetto in un condotto. Flusso isentropico attraverso un condotto di area variabile. Espressione della portata ridotta in funzione del rapporto di espansione e del numero di Mach. Comportamento di un condotto convergente e convergente-divergente al variare delle condizioni a valle. Flusso adiabatico irreversibile attraverso un condotto di area variabile. Comportamento di due ugelli fissi in serie, nell'ipotesi di completa dissipazione dell'energia cinetica tra i due ugelli, e di due ugelli in serie, uno fisso (statore) e uno mobile (rotore) (stadio di turbina). (8 ore)
6) Architetture di turbine a gas e a vapore. Stadio di turbina assiale: triangoli di velocità, trasformazione termodinamica, espressione del lavoro, definizioni di rendimento isentropico “total-to-total”, “total-to-static” e di rendimento politropico, di coefficienti di carico e di portata e di grado di reazione. Espressione degli angoli di flusso in funzione del grado di reazione e dei coefficienti di carico e di portata. Criteri di scelta del grado di reazione e dei coefficienti di carico e di portata. Procedura per il progetto preliminare di una turbina assiale pluristadio. Prestazioni della turbina pluristadio. (8 ore)
7) Architetture di compressori dinamici. Stadio di compressore assiale e radiale: triangoli di velocità, trasformazione termodinamica, espressione del lavoro, definizioni di rendimento isentropico e politropico, di coefficienti di carico e di portata e di grado di reazione. Espressione degli angoli di flusso in funzione del grado di reazione e dei coefficienti di carico e di portata. Legame coefficiente di carico-coefficiente di portata, curve di prestazione. Procedura per il progetto preliminare di un compressore pluristadio. Funzionamento in condizioni fuori progetto dello stadio di compressore, accoppiamento aerodinamico tra gli stadi, prestazioni globali del compressore assiale multistadio. Il pompaggio e lo stallo rotante. (10 ore)
8) Utilizzo di un codice CFD commerciale per la soluzione numerica di problemi fluidodinamici affrontati durante il corso (15 ore).
Lingua Insegnamento
ITALIANO
Corsi
Corsi
INGEGNERIA MECCANICA
Laurea Magistrale
2 anni
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