| FLUIDODINAMICA DELLE MACCHINE E PROGETTO DI MACCHINE
(obiettivi)
OBIETTIVI FORMATIVI:Il corso fornisce contenuti avanzati per la progettazione delle macchine a fluido, in particolare turbocompressori e turbine. Una volta introdotte brevemente le equazioni della fluidodinamica, si approfondiscono gli aspetti fenomenologici del trasporto della vorticità, dello strato limite e della compressibilità del fluido applicati alla progettazione di turbomacchine per applicazioni industriali, aeronautiche e automotive. Vengono inoltre descritti i fondamenti della progettazione integrata delle turbomacchine con i sistemi ad esse connessi. CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: Lo studente sarà in grado di comprendere i fenomeni fluidodinamici che determinano le dipendenze funzionali tra i numerosi parametri di prestazione, in tutte le condizioni di funzionamento. Lo studente sarà inoltre in grado di applicare le conoscenze sviluppate a tutti i casi di interesse pratico (turbocompressori, turbosovralimentatori, motori a getto, etc). Lo studente imparerà anche i fondamenti del controllo integrato dei sistemi e delle turbomacchine ad esse connessi. Le conoscenze sviluppate aiuteranno lo studente sia nella progettazione di turbomacchine che dei sistemi collegati ad esse. CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE: Lo studente applicherà la conoscenza sviluppata per l'analisi di problemi pratici di progettazione e controllo delle turbomacchine, partendo da una raggiunta consapevolezza dei fenomeni fluidodinamici alla base del loro funzionamento. Potranno quindi con facilità applicare la conoscenza sviluppata, che ha una validità del tutto generale, a casi progettuali anche innovativi. AUTONOMIA DI GIUDIZIO: Lo studente dovrà dimostrare la propria consapevolezza critica rispetto a tutti i numerosi aspetti di natura fisica ed economica alla base della progettazione delle turbomacchine. Nella prova scritta lo studente potrà dare prova delle proprie capacità critiche rispetto alla risoluzione di due problemi di interesse pratico. ABILITÀ COMUNICATIVE: Lo studente dimostrerà, soprattutto durante la prova orale, la propria capacità di descrivere il funzionamento e i principali aspetti di design delle turbomacchine. CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO:Lo studente acquisirà familiarità con la schematizzazione dei problemi pratici, soprattutto per la preparazione alla prova scritta. Ciò riguarda principalmente le turbomacchine (ad esempio turbine eoliche, turbine a vapore, turbine idrauliche, pompe idrauliche, turbocompressori, turbosovralimentatori, motori a getto etc.) e i sistemi ad esse collegati (ad esempio pompe di calore, centrali elettriche idrauliche, sistemi di pompaggio, sistemi di distribuzione dell'aria, motori a combustione interna, etc). 2° parte OBIETTIVI FORMATIVI: - Approfondimento delle proprietà termofisiche dei fluidi di interesse nelle macchine a fluido e nelle apparecchiature di scambio termico; - Elementi fondamentali per il dimensionamento e l'interpretazione del comportamento in condizioni diverse da quelle di progetto di componenti (macchine e apparecchiature di scambio termico) e sistemi energetici complessi; - Impiego di software per la valutazione delle proprietà dei fluidi tecnici e per lo studio del comportamento di componenti e sistemi energetici.
CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: Capacità di comprendere a fondo la letteratura tecnica e scientifica nel settore delle macchine a fluido e dei sistemi energetici, e utilizzarne i contenuti per sviluppare idee originali; progettare, formalizzare e implementare (attraverso opportuni linguaggi di programmazione) metodi dedicati ed efficienti per la soluzione di problemi complessi; progettare e condurre esperimenti per la valutazione delle soluzioni progettuali di sistemi e metodi ad essi applicati; valutare lo stato delle proprie conoscenze e acquisire in modo continuo le conoscenze necessarie ad aggiornarlo.
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE: Capacità di definire le specifiche di progetto di macchine a fluido e sistemi energetici anche complessi, tenendo conto dei vincoli tecnologici, economici ed ambientali; capacità di valutare le prestazioni di detti sistemi in condizioni di funzionamento nominale e fuori-progetto.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO: Capacità, nell'ambito delle macchine a fluido e dei sistemi energetici, di integrare le conoscenze acquisite al fine di gestire situazioni e problemi complessi, di formulare giudizi in merito anche sulla base di informazioni limitate o incomplete, e di valutare criticamente l'applicazione di nuove tecnologie. Tali capacità sono acquisite nella preparazione all'esame e nell'elaborazione del progetto.
ABILITÀ COMUNICATIVE: Saper comunicare, a interlocutori specialistici e non, in modo chiaro e non ambiguo, le proprie conoscenze nel settore delle macchine a fluido e dei sistemi energetici. Tali capacità sono verificate con l'esame finale (comunicazione scritta e orale) e con la presentazione dei risultati ottenuti nel progetto.
CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO: Capacità di continuare a studiare e approfondire in modo autonomo temi inerenti la progettazione, la verifica e il collaudo di macchine a fluido e, più in generale, di sistemi energetici complessi. Tali capacità sono acquisite nella preparazione all'esame e nell'elaborazione del progetto.
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Codice
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8039577 |
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Lingua
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ITA |
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Tipo di attestato
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Attestato di profitto |
| Modulo: PROGETTO DI MACCHINE
(obiettivi)
OBIETTIVI FORMATIVI: - approfondimento delle proprietà termofisiche dei fluidi di interesse nelle macchine a fluido e nelle apparecchiature di scambio termico; - elementi fondamentali per il dimensionamento e l'interpretazione del comportamento in condizioni diverse da quelle di progetto di componenti (macchine e apparecchiature di scambio termico) e sistemi energetici complessi; - acquisizione delle competenze fondamentali per la valutazione delle prestazioni, per il collaudo e il monitoraggio di sistemi energetici; - impiego di software per la valutazione delle proprietà dei fluidi tecnici e per lo studio del comportamento dinamico di componenti e sistemi energetici.
CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: Capacità di comprendere a fondo la letteratura tecnica e scientifica nel settore delle macchine a fluido e dei sistemi energetici, e utilizzarne i contenuti per sviluppare idee originali; progettare, formalizzare e implementare (attraverso opportuni linguaggi di programmazione) metodi dedicati ed efficienti per la soluzione di problemi complessi; progettare e condurre esperimenti per la valutazione delle soluzioni progettuali di sistemi e metodi ad essi applicati; valutare lo stato delle proprie conoscenze e acquisire in modo continuo le conoscenze necessarie ad aggiornarlo.
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE: Capacità di definire le specifiche di progetto di macchine a fluido e sistemi energetici anche complessi, tenendo conto dei vincoli tecnologici, economici ed ambientali; capacità di valutare le prestazioni di detti sistemi in condizioni di funzionamento nominale e fuori-progetto.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO: Capacità, nell'ambito delle macchine a fluido e dei sistemi energetici, di integrare le conoscenze acquisite al fine di gestire situazioni e problemi complessi, di formulare giudizi in merito anche sulla base di informazioni limitate o incomplete, e di valutare criticamente l'applicazione di nuove tecnologie. Tali capacità sono acquisite nella preparazione all'esame e nell'elaborazione del progetto.
ABILITÀ COMUNICATIVE: Saper comunicare, a interlocutori specialistici e non, in modo chiaro e non ambiguo, le proprie conoscenze nel settore delle macchine a fluido e dei sistemi energetici. Tali capacità sono verificate con l'esame finale (comunicazione scritta e orale) e con la presentazione dei risultati ottenuti nel progetto.
CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO: Capacità di continuare a studiare e approfondire in modo autonomo temi inerenti la progettazione, la verifica e il collaudo di macchine a fluido e, più in generale, di sistemi energetici complessi. Tali capacità sono acquisite nella preparazione all'esame e nell'elaborazione del progetto.
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Codice
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M-5222 |
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Lingua
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ITA |
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Tipo di attestato
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Attestato di profitto |
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Crediti
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9
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Settore scientifico disciplinare
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ING-IND/09
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Ore Aula
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90
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Ore Studio
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-
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Attività formativa
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Attività formative caratterizzanti
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| Modulo: FLUIDODINAMICA DELLE MACCHINE
(obiettivi)
OBIETTIVI FORMATIVI:Il corso fornisce contenuti avanzati per la progettazione delle macchine a fluido, in particolare turbocompressori e turbine. Una volta introdotte brevemente le equazioni della fluidodinamica, si approfondiscono gli aspetti fenomenologici del trasporto della vorticità, dello strato limite e della compressibilità del fluido applicati alla progettazione di turbomacchine per applicazioni industriali, aeronautiche e automotive. Vengono inoltre descritti i fondamenti della progettazione integrata delle turbomacchine con i sistemi ad esse connessi. CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: Lo studente sarà in grado di comprendere i fenomeni fluidodinamici che determinano le dipendenze funzionali tra i numerosi parametri di prestazione, in tutte le condizioni di funzionamento. Lo studente sarà inoltre in grado di applicare le conoscenze sviluppate a tutti i casi di interesse pratico (turbocompressori, turbosovralimentatori, motori a getto, etc). Lo studente imparerà anche i fondamenti del controllo integrato dei sistemi e delle turbomacchine ad esse connessi. Le conoscenze sviluppate aiuteranno lo studente sia nella progettazione di turbomacchine che dei sistemi collegati ad esse. CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE: Lo studente applicherà la conoscenza sviluppata per l'analisi di problemi pratici di progettazione e controllo delle turbomacchine, partendo da una raggiunta consapevolezza dei fenomeni fluidodinamici alla base del loro funzionamento. Potranno quindi con facilità applicare la conoscenza sviluppata, che ha una validità del tutto generale, a casi progettuali anche innovativi. AUTONOMIA DI GIUDIZIO: Lo studente dovrà dimostrare la propria consapevolezza critica rispetto a tutti i numerosi aspetti di natura fisica ed economica alla base della progettazione delle turbomacchine. Nella prova scritta lo studente potrà dare prova delle proprie capacità critiche rispetto alla risoluzione di due problemi di interesse pratico. ABILITÀ COMUNICATIVE: Lo studente dimostrerà, soprattutto durante la prova orale, la propria capacità di descrivere il funzionamento e i principali aspetti di design delle turbomacchine. CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO:Lo studente acquisirà familiarità con la schematizzazione dei problemi pratici, soprattutto per la preparazione alla prova scritta. Ciò riguarda principalmente le turbomacchine (ad esempio turbine eoliche, turbine a vapore, turbine idrauliche, pompe idrauliche, turbocompressori, turbosovralimentatori, motori a getto etc.) e i sistemi ad esse collegati (ad esempio pompe di calore, centrali elettriche idrauliche, sistemi di pompaggio, sistemi di distribuzione dell'aria, motori a combustione interna, etc).
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Codice
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M-5223 |
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Lingua
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ITA |
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Tipo di attestato
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Attestato di profitto |
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Crediti
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6
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Settore scientifico disciplinare
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ING-IND/08
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Ore Aula
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60
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Ore Studio
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-
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Attività formativa
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Attività formative caratterizzanti
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Canale Unico
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Docente
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MULONE VINCENZO
(programma)
Equazioni della fluidodinamica delle turbomacchine o Descrizione sollecitazione. o Descrizione materiale e non materiale del moto. Teorema del Trasporto Reynolds. o Equazioni integrali e differenziali di continuità, q.d.m. (Navier-Stokes), energia in forma termica meccanica e entropica in forma transitoria. Moto relativo. Forze di inerzia. o Dinamica della vorticità. Flussi rotazionali e irrotazionali. Azioni su profili alari. Teorema di Kelvin. Esempi di calcolo a potenziale del flusso intorno a profili. o Strato limite: parametri locali e globali, transizione laminare turbolento, cenni sul controllo. • Generalità sul funzionamento delle turbomacchine o Variabili adimensionali principali o Classificazione e scelta delle turbomacchine attraverso i parametri adimensionali o Influenza della viscosità, degli effetti di scala e della cavitazione. o Similitudine in turbomacchine termiche. o Curve di funzionamento. • Trasformazioni nelle turbomacchine o Rendimenti, coefficienti di perdita. o Lavoro di Eulero, equazione integrale del momento della quantità di moto. o Analisi monodimensionale di uno stadio, rappresentazione grafica. o Grado di reazione di uno stadio. o Analisi adimensionale di uno stadio o Stadio ripetuto, stadio normale. • Analisi del flusso nelle turbomacchine o Coordinate e sistemi di riferimento; schematizzazione del campo di moto. o Definizioni geometriche profili in schiera, prestazioni schiere. o Schiera piana, schiera radiale. o Equilibrio radiale, vortice libero e forzato. o Flussi secondari, perdite di profilo e miscelamento. o Teoria generale dei diffusori, rendimento, coefficiente di recupero di pressione. • Compressori assiali o Descrizione generale. o Triangoli di velocità, rendimento, grado di reazione, ottimizzazione dello stadio. o Confronto fra stadi a diverso grado di reazione. IGV. o Principali profili impiegati. Distribuzione di pressione e velocità sul profilo. Calcolo angoli ottimali. o Principali correlazioni schiere. Criteri di carico per schiere assiali. Perdite di profilo. Design dei principali profili aerodinamici utilizzati per compressori. o Comportamento schiere fuori progetto. o Cenni sul comportamento di pale transoniche. Compressori supersonici. o Perdite di anello, secondarie e nei giochi. o Considerazioni su ventilatori assiali e eliche propulsive. o Cenni alle metodologie di progetto 3D di pale complesse. o Cenni al comportamento fuori progetto di compressori multistadio. o Progettazione di un compressore multistadio assiale. • Compressori centrifughi o Descrizione generale. o Funzionamento reale dei compressori centrifughi. o Coefficiente di riduzione di carico (slip-factor). Teoria di Stodola, principali correlazioni. o Elementi di progetto della girante. Canale meridiano, numero di pale, rendimento, incidenza, diffusori lisci e palettati. Cassa a spirale. Principali tipologie di perdite. o Note sui ventilatori centrifughi. • Funzionamento anomalo dei compressori. o Stallo, pompaggio: generalità. o Teoria elementare dello stallo rotante. o Teoria elementare del pompaggio. o Complementi sull’instabilità dei compressori. • Analisi dell’accoppiamento macchina-circuito. o Curva caratteristica esterna, match con la curva caratteristica della macchina. o Macchine e sistemi per fluidi comprimibili e incompressibili. o Circuiti complessi. o Cavitazione per macchine operatrici a fluido incompressibile o Regolazione della portata in circuiti: strategie di strozzamento, bypass e regolazione numero di giri. Regolazione portata in macchine a fluido comprimible. • Turbine assiali e radiali. o Aspetti generali, coefficiente di velocità o Diagrammi di Smith o Scelta del profilo aerodinamico o Design di base di turbine radiali.
 Osnaghi, Teoria delle Turbomacchine, Esculapio N.A. Cumpsty, Compressor Aerodynamics, Krieger Saravanamuttoo Rogers, Gas Turbine Theory, Pearson Sandrolini Naldi, Macchine voll. 1 e 2, Pitagora Dixon and Hall, Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbomachinery, Elsevier Albin, Compressori centrifughi e assiali, Liguori Karassik et al., Pump handbook, McGraw Hill Course powerpoint slides
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Date di inizio e termine delle attività didattiche
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Modalità di erogazione
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Tradizionale
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Modalità di frequenza
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Non obbligatoria
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Metodi di valutazione
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Prova scritta
Prova orale
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