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Conoscenze dei corsi di Fisica Generale, in particolare termodinamica, e di Analisi Matematica

Lezioni frontali: n. 48 ore

L'insegnamento si propone di fornire conoscenze di base sulla fluidodinamica per preparare l’allievo all’utilizzo di questi concetti nell’ambito delle applicazioni proprie dell’ingegneria navale. Durante il corso verranno anche approfonditi gli aspetti legati alla interazione tra un flusso ed un corpo come anche alcuni aspetti della progettazione di impianti idraulici.

Al fine di affrontare tematiche progettuali della fluidodinamica, al termine del corso lo studente sarà in grado di:
calcolare l'azione di un fluido in quiete su corpi immersi e parzialmente immersi (galleggiamento),
utilizzare i principi di conservazione in forma integrale per il calcolo dell'azione di un fluido in moto su corpi con particolare riferimento alla generazione di forze di portanza e resistenza, valutare l’effetto dei principali gruppi adimensionali che governano i problemi fluidodinamici/navali,
risolvere problemi relativi a semplici impianti caratterizzati da condotti in pressione

Lo svolgimento durante le lezioni di esempi pratici contribuirà ad aumentare la consapevolezza dello studente riguardo le problematiche tecniche della fluidodinamica. In particolare, tali esercizi/esempi pratici aiuteranno lo studente a sviluppare capacità critiche per analizzare soluzioni ingegneristiche

Lezioni teoriche:
1) Introduzione alla fluidodinamica: metodo sperimentale, teorico e CFD.
2) Primi aspetti legati al moto di un fluido: moto mono/bi e tridimensionale, flussi comprimibili ed incomprimibili. regioni viscose ed inviscide del campo di moto, la condizione di aderenza, moti interni ed esterni, moti laminari e turbolenti, moti stazionari e non stazionari, operatori differenziali utili.
3) Le principali proprietà dei fluidi: l'ipotesi del continuo, densità e peso specifico, energia temperatura e calore specifico, la legge di stato dei gas perfetti, tensione di vapore e cavitazione, viscosità cinematica e dinamica, il viscosimetro, fluidi Newtoniani e non, tensione superficiale ed effetti di capillarità.
4) Principali concetti legati alla statica dei fluidi: concetto di pressione e sua definizione, isotropia della pressione, pressione assoluta e relativa e piano dei carichi idrostatici (assoluti e relativi), legge di Stevino, legge di Pascal, pressioni esercitate sul fondo di serbatoi, il manometro, il barometro di Torricelli.
5) Principali concetti legati al calcolo delle spinte: spinte su superfici piane e curve, retta d'azione, centro di spinta, momenti d'inerzia, spinte dovute a liquidi immiscibili, momenti esercitati su superfici piane e curve, principio di Archimede ed equilibrio dei corpi immersi.
6) Le equazioni di Navier-Stokes ed i legami costituitivi, Teorema di Bernoulli, Equazione di Torricelli, pressione dinamica e pressione di ristagno, Tubo di Pitot.
7) Principali concetti legati alle perdite di carico concentrate e distribuite: formula di Darcy-Weisback, l'equazione di Colebrook-White, il diagramma di Moody, il diagramma di Hunter-Rosen, il coefficiente di resistenza per il calcolo delle perdite di carico concentrate.
8) Le equazioni di Navier-Stokes in forma adimensionale e sue implicazioni.
9) Principali concetti legati alle forze di resistenza e portanza: i coefficienti di resistenza e di portanza, di pressione e di attrito, accenni sulla distribuzione delle pressioni intorno a corpi tozzi.
10) Principali concetti legati alla teoria del potenziale: le equazioni del potenziale, sorgente o pozzo 2D/3D, doppietta 2D/3D, semicorpo 2D/3D, Sfera, vortice libero 2D, il cilindro 2D, il cilindro rotante 2D, L'effetto Magnus.

Esercizi:
1) Esercizi di statica dei fluidi
2) Esercizi di dinamica dei fluidi
3) Esercizi sulla perdite di carico concentrate e distribuite

L'esame si costituisce di un'unica prova divisa in due parti ben distinte: la prima consiste nello svolgimento di piccoli esercizi da svolgere prima di affrontare la prova orale, la seconda consiste nella verifica delle conoscenze teoriche legate alle tematiche affrontate durante il corso. Si tratta dunque di una prova di scritto/orale congiunti. Se non si passa la prima parte dell'esame (svolgimento di piccoli esercizi pratici) non si può accedere alla seconda.
Passata la prima parte dell'esame, la valutazione del livello di apprendimento dello studente viene effettuata mediante la discussione di tre temi trattati durante il corso, scelti opportunamente in modo da sondare la preparazione dello studente sugli argomenti cardinali del programma.

Nella prova orale lo studente deve dimostrare di aver compreso ed assimilato in profondità gli argomenti trattati nel corso ed essere in grado di spiegare le basi della fluidodinamica e la loro applicazione pratica nell’ingegneria.

Viene valutato il livello di comprensione dei concetti ed il grado di approfondimento della materia. Viene valutata la capacità dello studente di utilizzare in modo corretto, pertinente ed autonomo le conoscenze riguardanti i concetti di fluidodinamica oggetto del corso e la loro applicazione pratica. Particolare attenzione verrà posta all’utilizzo appropriato del linguaggio tecnico/ingegneristico e alla capacità espositiva.

Per la prova orale, ad ognuna delle tre domande poste è assegnato un punteggio massimo di 10, per un totale di 30 punti. Perché l'esito complessivo sia positivo, lo studente deve conseguire la sufficienza, ovvero 18 punti. La lode verrà attribuita agli studenti che, avendo conseguito la valutazione massima, abbiano dimostrato particolare padronanza della materia, una ottima proprietà di linguaggio e un utilizzo pertinente della terminologia tecnica/ingegneristica.

Dispense e materiale distribuito durante lo svolgimento del corso.
Eventuale materiale aggiuntivo disponibile su: https://learn.univpm.it