Simone Ferrari. Meccanica dei Fluidi

Transcript

1 Simone Ferrari Meccanica dei Fluidi

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3 Perché un ingegnere chimico studia MdF? Petrolchimico Alimentare Energetica Materiali e biomateriali Farmaceutica Bonifica siti inquinati e trattamento dei reflui Chimica Ricerca

4 Perché un ingegnere chimico studia MdF? J.O.Wilkes, Fluid Mechanics for Chemical Engineers, Prentice Hall Ed.

5 Programma e obbiettivi

6 Impianto petrolchimico: moto di fluidi in condotte in pressione tra serbatoi

7 Impianti di trattamento dei reflui: moto di fluidi in condotte in pressione tra serbatoi

8 Impianto alimentare: moto di fluidi in condotte in pressione tra serbatoi

9 Serbatoi (stoccaggio di fluidi) e Reattori (Miscelazione di fluidi)

10 Moto di fluidi in condotte in pressione: oleodotti

11 Scia turbolenta in una wind farm offshore

12 Scia turbolenta in una turbina e miscelazione

13 Obbiettivi Cos è e cosa fa un ingegnere Obbiettivi: Comprendere le proprietà dei fluidi Dimensionare e verificare serbatoi e condotte in pressione Comprendere i vantaggi e gli svantaggi dei flussi turbolenti Principi di miscelazione

14 Contatti e materiale didattico Simone Ferrari, tel , ferraris@unica.it ; Sito web ; Facebook: Simone Ferrari Ricevimento studenti: giovedì, dalle 11:00 alle 13:00 (se non diversamente segnalato sul sito), previo appuntamento. Materiale didattico: G.Querzoli, Dispense di Idraulica, scaricabili da: Y.A.Cengel e J.M.Cimbala, Meccanica dei Fluidi, McGraw-Hill; B.R. Munson, T.H.Okiishi, W.W.Huebsch e A.P.Rothmayer, Meccanica dei Fluidi, Città Studi; E.Mattioli, Aerodinamica, Levrotto & Bella; J.O.Wilkes, Fluid Mechanics for Chemical Engineers, Prentice Hall; N.de Nevers, Fluid Mechanics for Chemical Engineers, McGraw-Hill. Esercizi svolti scaricabili da: G.Alfonsi e E.Orsi, Problemi di Idraulica e Meccanica dei Fluidi, Casa Editrice Ambrosiana; S.Longo e M.G.Tanda, Esercizi di Idraulica e di Meccanica dei Fluidi, Springer.

15 Programma PRIMA PARTE: LE EQUAZIONI DELLA MECCANICA DEI FLUIDI SECONDA PARTE: APPLICAZIONI DELLE EQUAZIONI DELLA MECCANICA DEI FLUIDI

16 Programma PRIMA PARTE: LE EQUAZIONI DELLA MECCANICA DEI FLUIDI 1. Introduzione: cenni di analisi tensoriale, definizione di fluido e di mezzo continuo. 2. Cinematica dei fluidi: gradiente di velocità: rotazione rigida, velocità di deformazione; descrizione euleriana e lagrangiana di un campo, classificazione dei moti, esempi applicativi. 3. Dinamica dei fluidi: principi della Meccanica dei Fluidi, teorema di Reynolds, eq. di conservazione della massa in forma globale e locale (eq. di continuità), dimensionamento di serbatoi, eq. di bilancio della quantità di moto in forma globale, teorema fondamentale di Cauchy, eq. di bilancio della quantità di moto in forma locale (eq. di Cauchy), eq. di bilancio del momento della quantità di moto, eq. costitutive, cenni di reologia, equazioni di Navier-Stokes, cenni di analisi dimensionale, eq. di Navier-Stokes in forma adimensionale, flussi paralleli, eq. dell'energia meccanica, carico totale e piezometrico, teorema di Bernoulli e sue applicazioni, efflusso da luci, esempi applicativi.

17 Programma SECONDA PARTE: APPLICAZIONI DELLE EQUAZIONI DELLA MECCANICA DEI FLUIDI 4. Idrostatica: pressione assoluta e relativa, distribuzione delle pressioni nei fluidi in quiete, spinte su superfici piane, spinte su superfici curve (metodo per componenti, eq. globale dell idrostatica), manometri, esempi applicativi. 5. Flussi potenziali: eq. della vorticità, ipotesi dei moti potenziali, potenziale, eq. di Laplace, flusso uniforme, funzione di corrente, sorgente/pozzo, vortice, doppietta, cilindro investito da un flusso uniforme, cilindro con circolazione, azioni dinamiche sul cilindro, teorema di Kutta-Joukowski, esempi applicativi. 6. Strato limite: eq. di Prandtl, stato di tensione, resistenza di una lastra piana, separazione dello strato limite. 7. Turbolenza: definizioni e descrizione statistica, eq. per le quantità medie, ipotesi di Boussinesque, eq. globali per i flussi turbolenti, esempi applicativi. 8. Strato limite turbolento: scabrezza equivalente, transizione dello strato limite, eq. per lo strato limite turbolento, sottostrato laminare e nucleo, strato di equilibrio, pareti fluidodinamicamente scabre, esempi applicativi. 9. Equazioni delle correnti: definizione di corrente fluida, potenza trasportata da una corrente fluida, conservazione della massa, bilancio della quantità di moto, equazione dell'energia per le correnti, flussi unidimensionali stazionari. 10. Correnti in pressione: perdite distribuite, diagrammi di Moody e Nikuradtze, formule pratiche per il calcolo delle perdite distribuite, variazioni graduali di sezione, perdite concentrate, brusco allargamento (relazione di Bordà) e restringimento, altre perdite di carico concentrate, venturimetro, macchine a fluido, lunghe condotte, verifica e dimensionamento di un impianto, esempi applicativi.

18 Orario Esame L esame consiste in una prova orale. È possibile sostenere l esame in due parti.

19 Vacanze Lunedì 15/04 venerdì 26/04 Mercoledì 01/05 ( venerdì 03/05) Riassunti, domande d esame, seminari e visite tecniche Riassunti Domande d esame Seminari durante il corso Visite impianti (giugno luglio) Ciclo seminari Sbocchi lavorativi Ing. Chimica (luglio)

20 Scelta e motivazione Quando non capite, chiedete! Quando non capite, chiedete! Iscrizione a ferraris@unica.it con: Oggetto: iscrizione MdF 18/19, Cognome Nome, matricola Info su: anno di corso, Analisi e Fisiche e presentazioni

21 Matematica, Fisica e Ingegneria Realtà Esperienza Linguaggio Descrizione Previsione Realtà Esperienza Matematica Fisica Previsione Fisica e Ingegneria

22 Fisica del Continuo e Fisica del Discreto Meccanica: Cinematica e Dinamica (Statica) Meccanica dei Fluidi: studia il movimento di fluidi (incomprimibili o debolmente comprimibili) causato dalle forze che su essi agiscono Cosa differenzia un fluido da un solido?

23 Solido che si muove in un fluido

24 Fluido che si muove in un fluido

25 Parole chiave Continuo Deformazione Turbolenza

26 Differenza tra fluido e solido d ቤ d Ԧ F=cost. Solidi: SOLIDO elasticità Fluidi: costante viscosità FLUIDO d ቤ d F=cost. Ԧ,t 0 Costante Relazione Elasticità Legame sforzi-deformazioni Viscosità Legame sforzi-velocità di deformazione

27 Ipotesi del continuo Particella fluida: 1. sufficientemente piccola rispetto alle scale dei fenomeni => grandezze medie approssimabili con serie di Taylor al 1 ordine 2. sufficientemente grande da contenere un numero di particelle elementari così elevato da determinare statistiche significative Sotto l ipotesi del continuo il punto geometrico coincide con la particella fluida; è l equivalente del punto materiale

28 Approssimazione in serie di Taylor su x 0 =0 della funzione y=sen(x) sen(x) sen(x) app.taylor ord. 0 app.taylor ord. app.taylor ord. 1 app.taylor ord. app.taylor ord. 3 app.taylor ord. app.taylor ord. 5 sen(x) Y sen(x) -1.5 sen(x) app.taylor ord. 0 app.taylor ord X