Obiettivi formativi
Conoscenze e capacità di comprendere:
Alla fine del percorso dell’insegnamento lo studente dovrà conoscere i principali aspetti teorici e applicativi della Meccanica dei Fluidi. Dovrà, inoltre, acquisire conoscenza delle tecniche di analisi dei problemi della Meccanica dei Fluidi, con particolare attenzione alle differenze tra schemi di analisi e comportamento reale dei processi fisici associati.
Competenze:
Lo studente dovrà essere in grado di descrivere il processo fisico con l’uso dell’analisi matematica; di individuare i parametri del processo separandoli dalle variabili; di risolvere i casi applicativi più comuni, eseguendo le verifiche a vantaggio di sicurezza.
Autonomia di giudizio:
Lo studente dovrà possedere gli strumenti per valutare in maniera critica l’applicabilità dei modelli acquisiti o la necessità di ricorrere a modelli più avanzati e dettagliati.
Capacità comunicative:
Lo studente dovrà possedere l’abilità di presentare in maniera chiara i risultati dell’analisi, sia oralmente che in forma scritta, anche mediante l’utilizzo di tabelle e grafici.
Prerequisiti
Conoscenze di Analisi matematica, Geometria, Meccanica Razionale, Fisica.
Contenuti dell'insegnamento
Il corso fornisce allo studente i contenuti fondamentali relativi alla Meccanica dei fluidi nel contesto generale della Meccanica classica. L’allievo viene messo in grado di risolvere i principali problemi tecnici relativi alla interazione tra fluidi e strutture e al moto in pressione. Si prevede il ricorso a esercitazioni allo scopo di mostrare concretamente alcuni aspetti pratici degli argomenti trattati.
Programma esteso
Introduzione ai campi vettoriali e scalari, agli operatori differenziali più frequentemente utilizzati, ai tensori. Analisi dimensionale. Descrizione dei fluidi e delle loro caratteristiche: definizione di fluido; i fluidi come sistemi continui; grandezze della meccanica dei fluidi e unità di misura; proprietà fisiche; sforzi nei sistemi continui.
Statica dei fluidi: equazione indefinita della statica dei fluidi; equazione globale dell’equilibrio statico; statica dei fluidi pesanti incomprimibili; misura della pressione; spinta idrostatica su superfici piane; spinta su superfici curve; spinta su corpi immersi.
Cinematica dei fluidi: impostazione euleriana e lagrangiana; velocità e accelerazione; derivata totale; descrizione del campo di moto mediante traiettorie, linee di corrente e linee di fumo; teorema di trasporto di Reynolds; tipi di movimento.
Dinamica dei fluidi: approccio integrale e differenziale; equazioni fondamentali della dinamica; equazione di conservazione della massa; equazione di continuità; equazione globale di equilibrio dinamico; azioni dinamiche di una corrente; equazione del moto.
Dinamica dei fluidi ideali: modello di fluido ideale; equazione di Eulero; teorema di Bernoulli e sua interpretazione geometrica ed energetica; applicazione ad alcuni processi di efflusso; estensione del teorema di Bernoulli ad una corrente; venturimetri e boccagli.
Dinamica dei fluidi viscosi: modello di fluido viscoso; equazioni di Navier-Stokes; soluzioni analitiche delle equazioni di Navier-Stokes: moto di Couette, moto di Hagen-Poiseuille.
Correnti in pressione: modello di corrente; esperienze di Reynolds; moto uniforme; moto laminare; moto turbolento; moto nei tubi lisci e nei tubi scabri; numero di Reynolds; formule di resistenza; diagramma di Moody; perdite di carico localizzate; progetto e verifica di impianti in pressione.
Bibliografia
Testi consigliati:
• Çengel Y.A., Cimbala J.M. (2015). Meccanica dei fluidi, III ed., McGraw-Hill, Milano, ISBN 978-88 386 6884-5.
• Marchi E., Rubatta A. (1981). Meccanica dei fluidi, UTET, Torino, pp xvi+800, ISBN 88 02 03659 4.
• Citrini D., Noseda G. (1982). Idraulica. Casa Ed. Ambrosiana, Milano, pp x +468.
• Munson B.R., Okiishi T.H., Huebsch W.W., Rothmayer A.P. (2016). Meccanica dei fluidi, Città Studi Edizioni, Novara.
Testi per esercitazioni:
• Longo S., Tanda M.G. (2009). Esercizi di Idraulica e di Meccanica dei Fluidi. Springer & Verlag Italia, Collana UNITEXT Ingegneria, ISBN 978-88-470-1347-6, V+386 pp.
• Alfonsi G., Orsi E. (1984). Problemi di Idraulica e Meccanica dei fluidi. Casa Ed. Ambrosiana, Milano, pp 507, ISBN 88 408 0735 7.
Testi di approfondimento:
• White F.M. (1999). Fluid mechanics, McGraw-Hill, Singapore, ISBN 978-0-07-352934-9
• Ghetti A. (1996). Idraulica. Edizioni Libreria Cortina, Padova, pp xi+566, ISBN 88 7784 052 8
• Mossa M., Petrillo A.F. (2013). Idraulica, Casa Ed. Ambrosiana, Milano.
Ulteriore materiale didattico:
Diapositive proiettate durante le lezioni e materiale didattico (scaricabili dalla pagina web del corso sul portale elly.dia.unipr.it).
Metodi didattici
Il corso si articola principalmente in lezioni frontali alla lavagna (con l'ausilio eventuale della proiezione di diapositive e di video educational) per la presentazione degli aspetti teorici e dei temi di approfondimento. Nel corso delle esercitazioni vengono affrontati numericamente problemi di interesse applicativo. Tipicamente è prevista una visita tecnica ad un'opera di ingegneria idraulica affinché lo studente maturi una consapevolezza diretta della valenza applicativa della materia.
Modalità verifica apprendimento
La verifica dell’apprendimento consiste in una prova scritta che comprende esercizi numerici e domande di carattere teorico.
Criteri di valutazione:
- Risoluzione di n. 3 esercizi (conoscenza/competenza): 50%
- Domande teoriche (conoscenza), applicazioni della teoria (competenza/autonomia di giudizio), proprietà di esposizione (capacità comunicativa): 50%
Altre informazioni
E’ vivamente consigliata la frequenza del corso.
