Fisica Tecnica (9CFU) -- Ing. Energetica -- Laurea

Transcript

1 Fisica Tecnica (9CFU) -- Ing. Energetica -- Laurea Programma dettagliato del Corso Docente: Ing. Ivano Petracci Termodinamica F. Gori, Lezioni di termodinamica, TE MAT) Il Sistema Internazionale (SI). La Scienza Termodinamica. Il sistema termodinamico: gli stati, le grandezze e le trasformazioni. Gli scambi di massa, lavoro e calore. Il principio zero della termodinamica. L equilibrio termico. La temperatura e le sue misurazioni (ITS 90). Il primo principio della termodinamica per sistemi chiusi e aperti. Il secondo principio della termodinamica. Lineamenti storici e formulazioni. L entropia. Teorema aumento dell entropia. Sorgenti entropiche. I sistemi tecnici. Equazioni generali del lavoro scambiato. I sistemi chiusi: motore, frigorifero e pompa di calore. Il ciclo di Carnot. I sistemi aperti: compressore, espansore, valvola di laminazione, miscelatore, scambiatore e condotto. Le sostanze. La regola delle fasi. Proprietà: coefficienti di dilatazione, coefficienti calorimetrici. Entalpia libera ed energia libera. Relazioni di Maxwell ed equazioni generali. I diagrammi termodinamici. I gas perfetti o ideali. Esperienza di Joule ed esperienza di Joule Thomson. I fluidi reali. Le sostanze pure e i diagrammi di stato. Le miscele di aria umida Gli impianti tecnici. Gli impianti motore a gas a combustione interna a pistone: cicli Otto, Diesel e Sabathè. Gli impianti motore a gas a combustione interna con turbina: ciclo Joule Brayton con scambiatore rigenerativo e a più stadi. Gli impianti motore a vapore: cicli di Carnot, Rankine ed Hirn. Tecniche di aumento del lavoro netto e del rendimento. Impianti binari. Cenni ai cicli cogenerativi e ai cicli combinati. Gli impianti a ciclo inverso: cicli frigoriferi. Impianti a compressione di vapore: ciclo base e ciclo con rigeneratore, compressione a più stadi, camera di separazione, eiettore. Impianti ad aria con rigenerazione. Impianti di liquefazione dei gas: ciclo Linde, ciclo Claude e ciclo misto. Impianti ad assorbimento. 1 P ag

2 Termofluidodinamica F. Gori, S. Corasaniti, I. Petracci, Lezioni di termofluidodinamica, TE MAT) CAPITOLO 1 Generalità sul moto ed equazioni di conservazione 1.1 Grandezze fisiche ed unità di misura 1.2 Cenni sulle proprietà delle sostanze 1.3 Cenni di meccanica dei fluidi Linee di flusso (traiettoria, linea di corrente e di fumo) 1.4 Conservazione della massa e principio di Leonardo da Vinci. 1.5 Conservazione dell energia a regime stazionario o equazione di Bernoulli generalizzata Definizione operativa dell attrito CAPITOLO 2 Moto incomprimibile dei fluidi 2.1 Fluidi newtoniani e non newtoniani 2.2 Moto laminare 2.3 Moto turbolento 2.4 Esperienza di Reynolds 2.5 Analisi dimensionale delle perdite di pressione, o di carico, distribuite. 2.6 Velocità e perdite di carico distribuite in moto laminare Moto di un fluido newtoniano in un condotto cilindrico Moto di un fluido newtoniano tra due pareti parallele 2.7 Perdite di carico distribuite in moto turbolento. 2.8 Perdite di carico concentrate. 2.9 Perdite di carico totali 2.10 Potenza del propulsore. CAPITOLO 3 Misure di pressione, temperatura, portata, velocità e viscosita 3.1 Misure di pressione 3.2 Misure di temperatura Metodo usato fino al 1954 o della scala centigrada Metodo usato dopo il La Scala Internazionale di Temperatura del 1990 (ITS 90) Strumenti di misura della temperatura di un fluido 3.3 Misure di portata 3.4 Misure di viscosità 3.5 Misure di velocità (tubo di Pitot) CAPITOLO 4 Moto dei fluidi con proprieta' fisiche variabili 4.2 Metanodotto Moto incomprimibile Moto comprimibile 4.3 Moto con elevate differenze di temperatura Camino con trasformazione isoterma del fluido Camino con scambio di calore 2 P ag

3 CAPITOLO 5 Moto comprimibile e con elevate differenze di pressione 5.1 Introduzione 5.2 Propagazione delle onde di pressione Trattazione delle piccole onde. 5.3 Ristagno Misura di temperatura di un fluido in moto Condizioni soniche 5.5 Moto in condotti a sezione variabile con continuità Sezione di un tubo di efflusso Velocità e portata in un tubo di efflusso Moto in un condotto con solo convergente e gola Moto in un condotto con convergente e divergente. Termocinetica F. Kreith, Principi di trasmissione del calore, Liguori Editore) CAPITOLO 1 Introduzione 1 1 Trasmissione del calore e termodinamica 1 2 Modalità di trasmissione del calore 1 3 Leggi fondamentali dello scambio termico 1 5 Analogia tra flusso termico e flusso elettrico 1 6 Unità di misura e dimensioni CAPITOLO 2 Conduzione monodimensionale in regime permanente 2 1 Pareti geometricamente semplici 2 2 Strutture composte 2 3 Sistemi con generazione di calore CAPITOLO 3 Conduzione bi e tridimensionale in regime permanente 3 1 Metodi di analisi 3 2 Derivazione dell'equazione della conduzione 3 3 Soluzione analitica CAPITOLO 4 Conduzione in regime non permanente 4 1 Flusso termico transitorio e periodico 4 2 Flusso termico transitorio in sistemi con resistenza interna trascurabile CAPITOLO 5 Trasmissione del calore per irraggiamento 5 1 Irraggiamento termico 5 2 Irraggiamento del corpo nero 5 3 Caratteristiche di irraggiamento 5 4 Fattore di vista 5 5 Irraggiamento in cavità con superfici nere 5 6 Irraggiamento in cavità con superfici grigie 5 7 Irraggiamento in cavità contenenti gas 3 P ag

4 CAPITOLO 6 Fondamenti di convezione 6 1 Il coefficiente di trasmissione del calore per convezione 6 2 Meccanismo di trasporto dell energia e fluidodinamica 6 3 Concetti fondamentali di strato limite 6 4 Il numero di Nusselt 6 5 Determinazione del coefficiente di scambio termico convettivo 6 6 Analisi dimensionale 6 7 Strato limite laminare su una piastra piana 6 9 Analogia tra il trasporto di calore e di quantità di moto in regime turbolento 6 10 Analogia di Reynolds per moto turbolento su una piastra piana 6 11 Moto turbolento su superfici piane CAPITOLO 7 Convezione naturale 7 1 Introduzione 7 2 Parametri di similitudine per la convezione libera CAPITOLO 8 Convezione forzata all interno di tubi e condotti 8 1 Introduzione CAPITOLO 9 Convezione forzata su superfici esterne 9 1 Moto su corpi non affusolati 9 2 Cilindro e sfera investiti ortogonalmente CAPITOLO 11 Scambiatori di calore 11 1 Progetto e scelta 11 2 Tipi più comuni di scambiatori di calore 11 3 Differenza media di temperatura CAPITOLO 12 Trasporto di materia 12 1 Introduzione 12 2 Trasporto di materia per diffusione molecolare 12 3 Trasporto di materia per convezione 4 P ag

5 Risultati dell apprendimento Conoscenza degli elementi ingegneristici fondamentali della Termodinamica applicata, della Termofluidodinamica e della Trasmissione del calore. Propedeuticità Anche se non sono previste propedeuticità formali, prima di frequentare il corso di ''FISICA TECNICA'' è fortemente consigliato di aver sostenuto i seguenti esami: ''Analisi Matematica 1'' ''Fisica 1''. Testi di riferimento Da preferire: F. Gori, Lezioni di Termodinamica, TEXMAT; F. Kreith, Principi di trasmissione del calore, Liguori Editore; Gori, Corasaniti, Petracci, Lezioni di Termofluidodinamica, TEXMAT; F. Gori, S. Corasaniti, Fisica Tecnica Esercitazioni, TEXMAT; Consigliati: Guglielmini e Pisoni, Elementi di Trasmissione del calore, Ambrosiana Yunus A. Ḉengel, Termodinamica e trasmissione del calore, McGraw Hill Note Il corso di ''Fisica Tecnica (FT 9CFU)'' è stato attivato nell'anno accademico secondo il sistema CFU. Gli studenti che aderiscono al DM270 nel sistema 5 10 CFU devono sostenere l'esame ''Fisica Tecnica 1 + Gestione dell'energia 1'' da 10 crediti. Per altri eventuali chiarimenti rivolgersi direttamente ai docenti a lezione o nell'orario di ricevimento. 5 P ag