B027547 - FLUIDODINAMICA NUMERICA PER APPLICAZIONI INDUSTRIALI

ITALIANO

Il corso si propone di fornire gli elementi di base per la comprensione delle moderne tecniche di fluidodinamica computazionale (CFD) con particolare riferimento alle applicazioni di tipo industriale.

Per il Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica (B071) vale:

CC2: La conoscenza approfondita degli aspetti teorico-scientifici della matematica e delle altre scienze di base ed essere capaci di utilizzare tale conoscenza per interpretare e descrivere i problemi dell'ingegneria complessi o che richiedono un approccio interdisciplinare.
CC3: La conoscenza e l’utilizzo di strumenti scientifici (informatici e di altra natura) specifici per il settore della progettazione nell’ambito proprio dell’ingegneria meccanica

CA3: La capacità di scegliere e applicare appropriati metodi analitici e di modellazione, basati sull’analisi matematica e numerica, per poter simulare al meglio il comportamento di componenti e impianti al fine di predirne e migliorarne le prestazioni.
CA8: La capacità di interpretare in maniera appropriata i risultati dei test sperimentali, dei calcoli di verifica, nonché dei processi di simulazione teorica complessa, tramite l’uso del calcolatore, dando applicazione alle basi, sperimentali, modellistiche, matematiche ed informatiche acquisite.
CA9: La capacità di valutare criticamente dati e risultati e trarre conclusioni appropriate, consapevoli del grado di incertezza da cui potrebbero essere affette.
CA12: La capacità adeguata di comprensione delle fonti in lingua inglese.
CA15: La capacità di raggiungere una preparazione adeguata per poter accedere al terzo livello degli studi universitari (frequenza a master di secondo livello ed a scuole di dottorato), in modo da approfondire ulteriormente conoscenze e capacità nell’ambito della ricerca.
CT2: Lavoro in gruppo in modalità coordinata
CT3: Sviluppo di una espressione e discussione tecnica adeguata di proprie argomentazioni
CT4: Rappresentazione e comunicazione grafica (redazione di schemi, grafici e tabelle)
CT6: Conduzione di ricerche bibliografiche mediante le principali risorse (biblioteche, banche dati scientifici, etc. etc.)
CT7: Rispettare impegni e tempi
CT8: Comunicazioni attraverso presentazioni e siti web

Per il Corso di Laurea in Ingegneria Energetica (B068) vale:

CA2: Capacità di applicare la propria conoscenza in campo termofluidodinamico e macchinistico per risolvere problemi di termodinamica teorica ed applicata, fluidodinamica e scambio termico
CA4: Realizzare la progettazione termofluidodinamica dei componenti, a partire dagli aspetti base (0D) fino all’implementazione CFD
CC2: Strumenti per la modellazione dei sistemi energetici/meccanici/propulsivi e loro ruolo a supporto dell’analisi e progettazione di sistemi e componenti. La comprensione dell’organizzazione dell’informazione in basi di dati e della progettazione informatica a supporto dei processi
CC5: Fluidodinamica applicata e macchine: componenti di macchine e sistemi di conversione dell’energia, propulsivi e principi di progettazione: dall’approccio 0D base alla CFD per la progettazione avanzata (ottimizzazione).
CT2: Lavoro in gruppo in modalità coordinata
CT3: Sviluppo di una espressione e discussione tecnica adeguata di proprie argomentazioni
CT4: Rappresentazione e comunicazione grafica (redazione di schemi, grafici e tabelle)
CT6: Conduzione di ricerche bibliografiche mediante le principali risorse (biblioteche, banche dati scientifici, ecc.)
CT7: Rispettare impegni e tempi
CT8: Comunicazione attraverso presentazioni e sistemi Web

Lezioni frontali ed esercitazioni pratiche in laboratorio di calcolo

Per ogni informazione o richiesta di chiarimento rivolgersi al docente:
antonio.andreini@unifi.it
roberto.pacciani@unifi.it

La valutazione dello studente prevede lo svolgimento di un'esercitazione della quale si richiede di presentare l'elaborato al momento dell'esame che consiste di una sola prova orale. Le esercitazioni richiedono lo svolgimento di analisi tramite codici CFD su casi test disponibili in letteratura (CT6), vengono svolte in un gruppo di studenti in modo da favorire il lavoro coordinato (CT2) e devono essere presentate all'atto della prova orale (CT7) in forma di relazione scritta che riporta una discussione critica dei risultati ottenuti in forma numerica e grafica (CT3, CT4, CT8).

Vengono poste una o piu' domande al fine di valutare la preparazione dello studente e la sua comprensione degli argomenti trattati durante il corso.

Lo studente deve dimostrare di aver acquisito un'adeguata conoscenza dei metodi numerici per la modellazione fluidodinamica a disposizione del progettista (ENM-cc2, ENM-cc5) per impostare analisi adeguate al fine di ottenere risultati allo stato dell'arte della simulazione fluidodinamica e ricavarne informazioni al fine di risolvere problemi di progettazione di interesse industriale (ENM-ca2, ENM-ca4). The assessment of the student requires the completion of a written assignment. The document must be submitted and is assessed during the oral examination. The assignments are prepared working in a group of students (CT2: coordinated work group), must be submitted the day of the oral examination (CT7) in terms of written technical document in which the numerical and graphical results obtained are critically discussed (CT3, CT4).

The assignments consist of CFD analyses of test cases from the open literature (CT6). The student is asked to orally answer one or more questions aiming at assessing his/her ability to explain the course subjects.

The student must demonstrate to have acquired adequate knowledge of the numerical modeling methods of CFD (ENM-cc2, ENM-cc5) to set up appropriate analyses to obtain state-of-the-art fluid dynamics simulations, and obtain information to address design problems of industrial interest (ENM-ca2, ENM-ca4).

Equazioni di Navier-Stokes
Discretizzazione ai volumi finiti: Discretizzazione temporale, Algoritmi di soluzione di tipo esplicito, Algoritmi di soluzione di tipo implicito, Boundary conditions e termini sorgenti, Soluzione di sistemi lineari di grandi dimensioni, Cenni al calcolo parallelo. Griglie strutturate e non strutturate. Algoritmi di soluzione per flussi incomprimibili o a basso Mach.
Modellistica della turbolenza: Modelli Eddy-Viscosity, Modelli RSM, Trattamento a parete
Large Eddy Simulation: SGS closures, Hybrid RANS-LES
Elementi di base modelli di combustione turbolenta:
Elementi di base modellazione flussi bifasici
Cenni al calcolo coniugato
Best practice per modellazione CFD e reportistica risultati
Esercitazioni varie