Facoltà di Ingegneria - Guida degli insegnamenti (Syllabus)

Programma

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Fluidodinamica Computazionale
Computational Fluid Dynamics
Andrea Crivellini

Sede Ingegneria
A.A. 2016/2017
Crediti 6
Ore 48
Periodo II
Lingua ITA

Prerequisiti
La conoscenza delle nozioni fondamentali di fluidodinamica è altamente raccomandata

Risultati di apprendimento attesi
CONOSCENZE E COMPRENSIONE:
L’insegnamento permette agli studenti di acquisire conoscenze avanzate sulle tecniche di simulazione fluidodinamiche. Tali conoscenze, integrando le nozioni acquisite nella nella precedente preparazione ingegneristica, costituiranno un approfondimento della preparazione di base in campo meccanico con una conoscenza di livello elevato delle problematiche tecnico scientifiche che stanno alla base delle applicazioni e delle innovazioni ingegneristiche in modo che lo studente acquisisca una conoscenza dei principali fenomeni termofluidodinamici e una chiara consapevolezza del più ampio contesto multidisciplinare dell'ingegneria e che venga orientato alla risoluzione di problemi progettuali nuovi
CAPACITA' DI APPLICARE LE CONOSCENZE:
Al fine di affrontare tematiche progettuali avanzate, anche di notevole complessità, e curare l'innovazione e lo sviluppo di nuovi prodotti e di nuovi processi tecnologici attraverso l’applicazione delle conoscenze, lo studente conseguirà 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 con un chiaro richiamo alla progettazione fluidodinamica di sistemi di scambio termico e di sistemi di propulsione. Tale capacità si estrinsecherà attraverso una serie di abilità professionalizzanti, quali: 1. La conoscenza delle principali tecniche numeriche di simulazione fluidodinamica; 2. La conoscenza delle principali tecniche di modellazione della turbolenza; 3. la capacità di utilizzare un programma di simulazione fluidodinamica e la capacità di analizzarne criticamente i risultati.
COMPETENZE TRASVERSALI:
La capacità di risolvere problemi numerici contribuirà a migliorare sia il grado di autonomia di giudizio in generale, sia la capacità comunicativa che deriva dalla consapevolezza delle proprie competenze, sia la capacità di apprendimento in autonomia e di trarre conclusioni dello studente

Programma
enni sulla classificazione delle equazioni differenziali. Richiami sulle equazioni di Navier-Stokes e sui legami costitutivi per i flussi Newtoniani. Forma integrale e forma differenziale e conservativa delle equazioni. Flussi incompressibili e flussi compressibili. Condizioni al contorno per le equazioni di Navier-Stokes. Discretizzazione di un’ equazione modello, metodi di discretizzazione di una equazione alle derivate parziale. I metodi alle differenze finite, ai volumi finiti e agli elementi finiti. Consistenza, convergenza e stabilità di uno schema numerico. Ordine di convergenza, errore di dissipazione e dispersione. Integrazione nel tempo con metodi espliciti e impliciti. Metodi ai volumi finiti in più dimensioni e loro applicazioni alle equazioni di Eulero. Approssimazione degli integrali di superficie e di volume. I flussi numerici, i solutori del problema di Riemann esatto approssimati. Trattamento dei flussi diffusivi. Particolarità associate alla soluzione delle equazioni di Navier-Stokes incomprimibili. Derivazione dell’equazione di Poisson per la pressione in forma discreta. La generazione dei reticoli di calcolo per la soluzione dei problemi di fluidodinamica. Modellistica della turbolenza, la media alle Reynolds ed i modelli di chiusura. Equazioni di chiusura ad una o più equazioni differenziali. Modelli LES (Large Eddy Simulation) e la simulazione diretta della turbolenza (DNS). Alle lezioni teoriche si affiancano esercitazioni da eseguire al calcolatore. In alcuni casi, al fine di favorire la comprensione da parte dello studente delle proprietà di una discretizzazione numerica, verranno impiegati dei semplici codici di calcolo sviluppati per la soluzioni di equazioni modello. In altre esercitazioni verranno utilizzati programmi commerciali e/o open source per la simulazione di problemi reali di interesse fluidodinamico (aerodinamica, termo-fluidodinamica, etc..).

Modalità di svolgimento dell'esame
METODI DI VALUTAZIONE DELL'APPRENDIMENTO
La valutazione della preparazione avviene tramite una prova orale. In questa prova allo studente sarà chiesto di illustrare una o più delle proprietà principali di una discretizzazione numerica e della modellistica della turbolenza introdotti durante il corso. Sarà anche esaminata la capacità dello studente di applicare tali conoscenze nell’utilizzo di un software di fluidodinamica computazionale.

CRITERI DI VALUTAZIONE DELL'APPRENDIMENTO
Viene valutata la capacita dello studente di formulare autonomamente e di impostare correttamente una simulazione fluidodinamica per un problema proposto durante l’esame. La capacità di motivare, grazie a considerazione tecniche, le differenti scelte compiute nell’impostazione del problema sarà verificata come anche la capacità di saper analizzare ed interpretare i risultati ottenuti da una simulazione. Lo studente dovrà inoltre dimostrare di aver compreso le proprietà degli schemi numerici per la discretizzazione delle equazioni differenziali e le caratteristiche dei diversi approcci per la modellazione della turbolenza. La votazione massima è assegnata a studenti che dimostrino piena autonomia nell’impostare e risolvere problemi e completa padronanza delle metodologie e dei modelli matematici e fisici propri della fluidodinamica computazionale. La votazione minima è assegnata a studenti che dimostrino di riuscire a risolvere problemi che gli vengono posti e una sufficiente conoscenza delle metodologie e dei modelli matematici e fisici propri della fluidodinamica computazionale.

CRITERI DI MISURAZIONE DELL'APPRENDIMENTO
ttribuzione del voto finale in trentesimi.

CRITERI DI ATTRIBUZIONE DEL VOTO FINALE
L’esame sarà articolato su tre quesiti, ognuno di questi sarà valutabile con un punteggio variabile tra 0 e 10, il voto finale verrà attribuito sommando la valutazione delle tre domande. La lode sarà attribuita agli studenti che, avendo conseguito la valutazione massima, abbiano dimostrato la completa padronanza della materia.

Testi consigliati
Slides delle lezioni scaricabili presso il sito moodle https://lms.univpm.it Principale testo di riferimento: C. Hirsch , “Numerical Computation of Internal and External Flows: The Fundamentals of Computational Fluid Dynamics”, 2nd Edition, ISBN:9780750665940 Per ulteriori approfondimenti: H. Versteeg, W. Malalasekera, “An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method”, 2nd Edition, Pearson, ISBN-13: 9780582218840 Anderson, J.D.Jr, "Computational Fluid Dynamics – The Basics with Applications", McGraw-Hill, 1995. ISBN 0-07-001685-2. Ferziger, J.H. and M. Peric, "Computational Methods for Fluid Dynamic", Springer, 2002. ISBN 3-540-42074-6.

Corsi di laurea
  • Ingegneria Meccanica (Corso di Laurea Magistrale (DM 270/04))




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