TERMOFLUIDODINAMICA COMPUTAZIONALE

Crediti: 
6
Settore scientifico disciplinare: 
FISICA TECNICA INDUSTRIALE (ING-IND/10)
Anno accademico di offerta: 
2017/2018
Semestre dell'insegnamento: 
Secondo Semestre
Lingua di insegnamento: 

Italiano

Obiettivi formativi

Conoscenze e capacità di comprendere: Alla fine del percorso dell’insegnamento lo studente dovrà conoscere i principi fondamentali della termofluidodinamica computazionale.
Competenze:
Lo studente dovrà acquisire conoscenze di tipo applicativo relativamente al tema dell'analisi numerica applicata alla trasmissione del calore e, più in generale, ai fenomeni di trasporto di energia massa e quantità di moto che intervengono nei processi ingegneristici.
Autonomia di giudizio:
Lo studente dovrà possedere gli strumenti per affrontare scelte progettuali in modo autonomo e con senso critico nel campo della modellazione numerica degli apparati di scambio termico.
Capacità comunicative:Lo studente dovrà possedere l’abilità di presentare in maniera chiara la procedura adottata nella modellazione numerica degli apparati di scambio termico.

Prerequisiti

Per seguire il corso con profitto è necessaria la conoscenza dei concetti di base di Termofluidodinamica.

Contenuti dell'insegnamento

Il corso è suddiviso in due parti: una teorica e una di attività pratica di
esercitazione. La parte teorica tratta i seguenti argomenti: Equazioni della convezione; Analisi alle differenze finite; Analisi ai volumi finiti; Analisi agli elementi finiti; Tipologie di mesh; Errori di troncamento e accuratezza; La turbolenza e i suoi modelli; I codici commerciali per la Termofluidodinamica Computazionale.
L’attività di esercitazione è parte integrante del corso ed è dedicata ad
esercitazioni numeriche intese come momento di verifica e chiarimento
delle nozioni teoriche acquisite nelle ore di lezione. L’attività di
esercitazione viene svolta in laboratorio di informatica ed è dedicata
allo studio di problemi di scambio termico e di moto dei fluidi tipici delle applicazioni ingegneristiche. Al fine di far acquisire
conoscenze metodologiche e applicative, questa parte del corso si avvale
di esercitazioni pratiche in cui vengono utilizzati gli ambienti di
programmazione Matlab e Comsol Multyiphysics.

Programma esteso

Equazioni della Convezione: Conservazione della massa, Conservazione dell'energia, Conservazione della quantità di moto. Metodologie di soluzione numerica. Soluzioni in variabili primitive e algoritmi per fluidi incomprimibili. Analisi alle differenze finite. Analisi ai volumi finiti. Analisi agli elementi finiti. Discretizzazione spaziale e Integrazione temporale. Metodi di soluzione dei sistemi di equazioni lineari. Metodo dei residui pesati. Equazioni per il regime transitorio. Funzioni di forma. Mappatura degli elementi. Integrazione numerica. Soluzione dei problemi termofluidodinamici.
La turbolenza e i suoi modelli. Caratteristiche della turbolenza. Simulazione diretta della turbolenza. Large Eddy Simulation. Modelli RANS. I codici commerciali per la Termofluidodinamica Computazionale.

Bibliografia

Fondamenti di Termofluidodinamica Computazionale, Gianni Comini, Giulio Croce Enrico Nobile, SGE Editoriali

Metodi didattici

La parte teorica del corso verrà illustrata mediante lezioni frontali e seminari su specifici argomenti. La parte dedicata all’attività di esercitazione prevede anche un'attività svolta autonomamente dagli studenti in laboratorio di informatica,
seguita da un’elaborazione e discussione dei risultati.
A complemento dei metodi didattici finora esposti, se le condizioni lo consentono, vengono organizzati dei seminari tenuti da responsabili della ricerca e sviluppo di aziende del territorio che illustrano applicazioni concrete della termo fluidodinamica computazionale a casi di studio reali.

Modalità verifica apprendimento

Al termine delle lezioni vengono proposti agli studenti una serie di temi/tracce relativi a problemi applicativi da affrontare autonomamente da parte degli studenti in ambiente Comsol Multiphysics/Matlab. La verifica dell’apprendimento è basata sulla discussione del lavoro scelto e svolto autonomamente dallo studente. La discussione del lavoro di approfondimento è completata da una prova orale in cui vengono valutate la corretta e completa risposta a domande teoriche e la proprietà di esposizione.
Il voto è così pesato: 70% valutazione e discussione del lavoro progettuale e 30% prova orale. La lode viene assegnata del caso del aggiungimento del massimo punteggio su ogni item (lavoro progettuale e prova orale) a cui si aggiunge la padronanza del lessico disciplinare.