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Conoscenze di base di analisi matematica, fisica e fluidodinamica

Il corso consiste in 48 ore di lezione così suddivise:
• 30 ore di teoria
• 18 ore di esercitazione

L’obiettivo del corso è quello di fornire le principali conoscenze, sia teoriche che pratiche, necessarie alla comprensione dei fenomeni fluidodinamici relativi alle macchine per la produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili.
Durante le ore di teoria si introdurranno le equazioni di governo della fluidodinamica e le principali proprietà dei metodi di discretizzazione numerica delle stesse. Successivamente l’attenzione si focalizzerà sul metodo ai volumi finiti. Infine, si discuterà il regime di moto turbolento sia da un punto di vista fisico che numerico, mettendo in evidenza i metodi numerici utilizzati in ambito industriale per la sua modellazione.
Una volta acquisite tali conoscenze, si affronteranno casi pratici nel corso delle 18 ore di esercitazione. In particolare, si prenderanno in esame simulazioni di fluidodinamica computazionale (CFD) di macchine per la produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili.

Al termine del corso, lo studente, grazie alle conoscenze teoriche e pratiche acquisite, sarà in grado di:
• Valutare possibili semplificazioni geometriche del dominio computazionale e la sua corretta estensione
• Valutare quali modelli numerici devono essere utilizzati per la corretta risoluzione del campo di moto in base alle caratteristiche fisiche del flusso
• Valutare in maniera critica l’accuratezza dei risultati ottenuti e possibili messe a punto dei parametri dei modelli numerici

Al termine del corso lo studente avrà sviluppato la capacità di affrontare un problema di fluidodinamica utilizzando il moderno strumento della CFD. Sarà inoltre in grado di valutare in maniera oggettiva le approssimazioni introdotte dai modelli numerici utilizzati, scegliendo dunque, tra i tanti a disposizione, quelli più adatti alla risoluzione del problema specifico in esame. Sarà infine in grado di valutare in maniera critica i risultati ottenuti dalla simulazione numerica.

PRIMA PARTE: Aspetti teorici di base
1. Introduzione alla CFD
2. Richiami sulle equazioni di governo della fluidodinamica
3. Le principali proprietà degli schemi numerici
SECONDA PARTE: Il metodo ai volumi finiti
1. Formulazione conservative e primitiva
2. Discretizzazione dei termini convettivi e diffusivi
3. Flussi numerici di interfaccia
4. Solutori pressure e density based
TERZA PARTE: La modellazione della turbolenza
1. Introduzione al fenomeno fisico ed alla sua modellazione
2. I principali modelli a 2 equazioni (k-w, k-ε)
3. Cenni sui metodi Large Eddy Simulation (LES) e Direct Numerical Simulation (DNS)

L'esame finale consiste in una prova scritta ed in una discussione orale. La prova scritta consterà nella risoluzione autonoma di un problema di CFD specifico che verrà assegnato alla fine del corso ad ogni studente e di cui si dovrà discutere in sede di esame. A valle di tale discussione, e prendendo spunto dalla stessa, seguirà l’esame orale, il cui obiettivo sarà quello di verificare la conoscenza dei metodi numerici utilizzati, delle approssimazioni introdotte dagli stessi e di che impatto tali approssimazioni hanno sull’accuratezza dei risultati.

Per la prova, sia scritta che orale, si valuteranno:
1) la correttezza metodologica con cui si è affrontato il problema di CFD;
2) la padronanza dei concetti e la conoscenza dei modelli numerici utilizzati;
3) la correttezza e la completezza dei risultati numerici ottenuti;
4) la capacità di valutazione critica dei risultati ottenuti;
5) la chiarezza espositiva e la proprietà di linguaggio.

Il voto sarà assegnato in trentesimi, con possibilità di lode. La votazione minima per passare l’esame è 18/30.

Per superare l’esame lo studente deve dimostrare di conoscere le equazioni di governo della fluidodinamica ed il loro significato fisico. Deve dimostrare di aver compreso i principali metodi di discretizzazione studiati a lezione, sapendo valutare per ognuno di essi pro e contro. Deve inoltre dimostrare di saper applicare le conoscenze teoriche acquisite, e, dunque, di essere in grado di affrontare un problema di CFD in maniera autonoma. La lode verrà assegnata agli studenti che dimostreranno una ottima padronanza della materia e la capacità di estendere i concetti studiati in aula anche a problemi diversi.

Appunti e slides delle lezioni (https://learn.univpm.it);