Termofluidodinamica applicata A - (5 cfu)

Finalità

Scopo del corso è fare acquisire conoscenze relativamente al tema della trasmissione del calore e, più in generale, relativamente ai fenomeni di trasporto applicati ai processi ingegneristici. Parte del corso è dedicato all’analisi numerica applicata ai problemi di scambio termico e di moto dei fluidi. Al fine di far acquisire conoscenze metodologiche e applicative, questa parte del corso si avvale di lezioni di laboratorio di informatica in cui viene utilizzato l’ambiente di programmazione Matlab.

Programma

Conduzione del calore in regime stazionario e non stazionario. Conduzione del calore in regime stazionario in sistemi monodimensionali. Superfici alettate. Conduzione del calore in sistemi bidimensionali. Formulazione alle differenze finite dell’equazione di Fourier. Conduzione del calore in regime non stazionario. Adimensionalizzazione dell'equazione di Fourier e delle relative condizioni al contorno: numero di Fourier, numero di Biot; casi limite per Biot grande e piccolo; caso di Biot qualunque: lastra piana infinita, cilindro infinito, sfera; solidi di dimensione finita: parallelepipedo e cilindro.

Convezione. Generalità sullo scambio termico per convezione. Le equazioni di strato limite. Convezione forzata. Flusso esterno. Lastra piana con deflusso parallelo. Deflusso trasversale su superfici cilindriche e sferiche. Deflusso trasversale su banchi di tubi. Flusso interno. Regione di ingresso e moto laminare completamente sviluppato. Il bilancio dell’energia per le condizioni al contorno di flusso uniforme alla parete e di temperatura di parete uniforme. Correlazioni di convezione per il moto laminare nei condotti. Moto turbolento completamente sviluppato. Correlazioni. Condotti a sezione non circolare. Convezione naturale. Caratteristiche fenomenologiche. Equazioni fondamentali e raggruppamenti adimensionali. Convezione naturale su lastra piana verticale. Lastra piana orizzontale. Effetti dell’inclinazione. Cilindri e sfere. Convezione naturale in spazi confinati. Cavità rettangolari e anulari. La convezione mista.

Scambiatori di calore. Generalità e classificazione. Coefficiente globale di scambio termico. Effetto dello sporcamento della superficie. Differenza di temperatura medio logaritmica: scambiatori a correnti parallele e non parallele. Metodo dell’efficienza e del numero di unità di trasporto. Scambiatori compatti.

Trasporto di materia. Legge di Fick. Coefficiente di diffusione di materia. Equazione di conservazione per una singola specie chimica in miscele binarie. Forma dimensionale dell’equazione. Il numero di Schmidt. Numero di Sherwood. Strato limite di concentrazione.

Analogia tra trasporto di energia, materia e quantità di moto. Analogia di Reynolds. Analogia di Chilton Colburn. Moto turbolento entro condotti a parete liscia. Flusso ortogonale a superfici cilindriche. Lastra piana con flusso parallelo. Simultaneo trasporto di materia ed energia. Raffreddamento evaporartivo. Processo di saturazione adiabatica. Teoria dello psicrometro.

Attività d'esercitazione

Al fine di far acquisire conoscenze metodologiche e applicative, questa parte del corso si avvale di lezioni di laboratorio di informatica in cui viene utilizzato l’ambiente di programmazione Matlab.

Modalità d'esame

L’esame consiste in un colloquio.

Propedeuticità

Fisica Tecnica AB

Testi consigliati

F. P. INCOPRERA, D P DE WITT: " Fundamentals of Heat and Mass Trasfer ", John Wiley & Sons, New york, 1985.
W. PALM: “Matlab 6 per l’ingegneria e le scienze”, McGraw-Hill.

Ultimo aggiornamento: 12-01-2003

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