Termodinamica e Fluidodinamica Applicate alle Macchine

PROGRAMMA
• Macchine e Apparati di scambio termico: Classificazione
• Richiami sui sistemi e le unità di misura
• Stato e trasformazioni dei fluidi. Varianza. Equazioni di stato.
• Principi termodinamici: conservazione, equivalenza ed evoluzione di un sistema
- Conservazione dell’energia
- Irreversibilità in un sistema
- Applicazioni notevoli: analisi preliminare impianti motori idraulici, impianti di pompaggio, trasmissioni oleodinamiche.
• Trasformazioni termodinamiche: piani di raffigurazione, trasformazioni notevoli (adiabatica, isoterma, isoentalpica, isobara, isocora, politropica), valutazione delle grandezze termodinamiche, lavori e calori
• Trasformazioni di compressione ed espansione: adiabatiche ideali e reali, compressione interrefrigerata, espansione frazionata interriscaldata
• Applicazione dei principi termodinamici all’analisi delle macchine: casi notevoli
• Applicazione dei principi termodinamici all’analisi di apparati di scambio termico: casi notevoli
• Processi di combustione
- La combustione: generalità;
- Combustione a volume costante;
- Combustione a pressione costante in sistemi aperti e chiusi;
- Applicazione dei principi di base alla valutazione delle prestazioni di camere di combustione aperte, chiuse e generatori di vapore.
• Cicli termodinamici e processi periodici
- Cicli ideale, limite e reale;
- Cicli diretti e inversi;
- Prestazioni dei cicli: rendimento, cifra di merito, COP per cicli inversi
- Cicli notevoli: Brayton/Joule, Rankine, Hirn, Stirling, Ericsson, Beau de Rochas, Diesel, Sabathé, inversi a compressione di vapore, inversi a compressione di gas
- Rigenerazione termica
- Combinazioni tra cicli
- Processi periodici e diagrammi indicati.
- Applicazione delle conoscenze acquisite alla valutazione e all’eventuale miglioramento delle prestazioni di cicli reali.
- Applicazione delle conoscenze acquisite alla valutazione delle prestazioni di macchine periodiche in sede limite

• Introduzione alla fluidodinamica applicata ad un sistema:
- moti vario e permanente, linee e tubi di flusso, moti irrotazionali, rotazionali, vorticosi e reali
- analisi monodimensionale, bidimensionale e tridimensionale di un efflusso
• Equazioni cardinali dell’efflusso: continuità, conservazione della quantità di moto e del momento della quantità di moto, conservazione dell’energia, entropia
• Effetti della viscosità del fluido, effetti di elasticità
• Definizione del Numero di Mach
• Regimi di moto subsonico, transonico e supersonico
• Linee di Mach
• Urti retti
• Condotto a sezione costante adiabatico con attrito: fluido incomprimibile, gas perfetto (Flusso di Fanno);
• Condotti convergenti/divergenti senza attrito: ugelli e diffusori con fluidi incomprimibili, con gas perfetti (equazioni di Hugoniot);
• Condotto convergente-divergente;
• Condotti convergenti/divergenti con attrito;
• Applicazione delle nozioni fondamentali di fluidodinamica al dimensionamento e all’analisi preliminare del comportamento ideale e reale di condotti monodimensionali a sezione costante, ugelli, diffusori e convergenti-divergenti;
• Utilizzo delle equazioni di conservazione della quantità di moto e del momento della quantità di moto in sistemi fissi e mobili rispetto ad un riferimento inerziale per la valutazione di forze e lavori;
• Cavitazione: fenomenologia, Net Positive Suction Head (NPSH) dell’impianto, depressione dinamica totale della macchina, criteri di selezione delle macchine in relazione al fenomeno della cavitazione, valutazione del massimo battente idraulico.

Conoscenza degli argomenti generali impartiti nei corsi di "Analisi Matematica", "Chimica" e "Fisica I" del primo anno.

- M. Gambini, M. Vellini, "Macchine a fluido", Ed. TEXMAT, ISBN: 9788894982527
- R. D. Zucker, O. Biblarz, “Fundamentals of Gas Dynamics”, Ed. John Wiley & Sons
- Materiale a cura del Docente messo a disposizione su piattaforma Moodle

• C. Caputo, "Gli impianti convertitori d’energia", Casa Editrice Ambrosiana;
• C. Caputo, "Le turbomacchine", Casa Editrice Ambrosiana;

Didattica tradizionale in presenza

In presenza

L’esame consiste in una prova scritta composta da esercizi e domande a risposta aperta.