Scuola Politecnica – Università di Genova Corso di Studi: Laurea

Scuola Politecnica – Università di Genova
Corso di Studi: Laurea Magistrale in Ingegneria Energetica
Anno di Corso: I
Semestre: I
Denominazione Insegnamento: Industrial Fluid Dynamics
Codice Insegnamento:
Crediti Formativi: 6
Settore Scientifico Disciplinare: ING IND/08
Tipo Insegnamento: monodisciplinare
Docente Titolare: Pittaluga Ferruccio
Obiettivi Formativi:
Il corso ha due obiettivi tra loro integrati e complementari: da un lato, fornire le basi concettuali,
analitiche e numeriche della simulazione dei flussi comprimibili che, in presenza di turbolenza,
scambi termici e, nel caso, anche reagenti, tipicamente caratterizzano i processi industriali a valenza
energetica, dall’altro, offrire una panoramica, e, per alcuni di essi, una diretta esperienza operativa e
‘addestrativa’, degli strumenti di CFD (Computational Fluid Dynamics, anche nella versione
‘CRFD’, cioè ‘Reactive CFD’) oggi così diffusi ed applicati in ambito industriale.
Essendo scopo prevalente del corso quello di trasmettere competenze operative agli allievi, l’enfasi
sarà posta più sulla corretta impostazione metodologica di una analisi numerica fluido-dinamica
anche complessa e su una adeguata interpretazione ‘ingegneristica’ dei risultati, in termini di loro
coerenza fisica, affidabilità nella previsione delle tendenze e possibilità di validazione, più che a
fornire competenze di programmazione numerica delle equazioni di Navier-Stokes in regime
turbolento le quali peraltro, almeno a livello di base, dovranno già essere conosciute.
Programma:
- Il ruolo della CFD nell’ingegneria energetico-industriale moderna, come parte integrante ed
interagente con gli altri strumenti software della CAE, ‘Computer Assisted Engineering’,
quali il CAD ed il CAM.
- I principi di conservazione in ambito termo-fluido-dinamico e le corrispondenti equazioni
matematiche che governano i flussi, anche molto complessi, che si sviluppano nei processi
energetico-industriali
- La soluzione numerica delle equazioni di Navier-Stokes, la generazione delle magliature di
calcolo, l’implementazione delle condizioni al contorno, i modelli di turbolenza e di
scambio termico, la modellizzazione reattiva turbolenta
- Le moderne tecniche di discretizzazione, i metodi alle differenze finite per magliature
strutturate, i metodi ai volumi finiti e la discretizzazione conservativa, le proprietà delle
magliature strutturate e non-strutturate
- I pacchetti software oggi disponibili, di caratterizzazione più scientifica ovvero di
provenienza più commerciale, atti a condurre previsioni numeriche anche molto complesse
in ambito energetico-industriale
- Le modalità per giungere alla corretta interpretazione dei risultati delle simulazioni
numeriche, ad una loro validazione nonchè ad una quantificazione della loro consistenza
fisica, affidabilità e riproducibilità.
Per la natura intrinseca del corso, le esercitazioni pratiche degli allievi rivestono un ruolo
assolutamente determinante.
Attività didattiche
Lezione
Esercitazione
Laboratorio
Corso integrativo
ore previste
36
12
0
0
Riferimenti bibliografici:
- Appunti (in inglese) preparati del docente
- C. Hirsch, The Fundamentals of Computational Fluid Dynamics, Volume 1, ButterworthHeinemann, 2007 (Google eBook)
- Manuali d’uso dei pacchetti CFD commerciali oggi più diffusi in ambito industriale
Organizzazione del corso e modalità esame
La prova d'esame sarà composta da una prova scritta ed una orale. Saranno assegnate esercitazioni
da svolgere durante il semestre.
Propedeuticità
Laurea triennale in Ingegneria Industriale o titolo equivalente.
English
Polytechnic School - University of Genoa
Programme: Master of Science in Energy Engineering
Year of Course: I
Semester: I
Course Title: Industrial Fluid Dynamics
Course Code:
Credits: 6
Scientific Sector: ING-IND/08
Course Type: Monodisciplinary
Teacher: Pittaluga Ferruccio
Learning Outcomes:
The course has two objectives, integrated and complementary to each other: first, to provide the
conceptual, analytical and numerical bases of compressible flows prediction, in presence of
turbulence, heat transfer and, if necessary, also chemical reactions, typically found in energy-related
industrial processes, second, to provide an overview, and, in some cases, a direct operational
experience (‘training’) on the application of CFD software tools (Computational Fluid Dynamics,
also in the 'Reactive’ version, CRFD) now so widespread and applied in industry.
Since the main target of the course is to convey operational skills to the students, the emphasis will
be more centred on the correct methodological approach to perform a sound CFD analysis, even
complex, as well as on a proper 'engineering' interpretation of results, in terms of their physical
consistency, trends’ capturing and validation capability, rather than to provide students with
competences related to turbulent Navier-Stokes equations’ numerical programming. On the other
hand, these equations, at least at a basic level, must be already known in their properties and
application potential.
Syllabus:
- The role of CFD in modern energy-related engineering of industrial processes, as an integral part
of other CAE software tools ('Computer Assisted Engineering'), such as CAD and CAM.
- The thermo-fluid-dynamics conservation principles and the corresponding mathematical equations
that govern the flow processes, even complex, taking place in power generation and industrial
plants.
- Numerical solution of the Navier-Stokes equations, grid generation, implementation of boundary
conditions, models of turbulence, heat transfer, and reactive processes.
- Modern numerical discretization techniques, finite difference methods for structured-grid
methods, finite-volume conservative discretization, properties of structured and non-structured
grids.
- The CFD software packages available today, trying to compare the codes of scientific
characterization with those of more ‘commercial’ origin, in order to perform reliable numerical
predictions even in very complex real-world situations
- Methods to achieve a correct interpretation of numerical simulations’ results, discussing the
validation capabilities as well as the assessment of their physical consistency, reliability, and
reproducibility.
Due to the very nature of the course, the practical training imparted to students will play a crucial
role.
Teaching activities
- lessons
- exercises
- laboratory
- integrative
Scheduled hours
36
12
0
0
References:
- Course Notes (in English) prepared by the teacher
- C. Hirsch, The Fundamentals of Computational Fluid Dynamics, Volume 1, ButterworthHeinemann, 2007 (Google eBook)
- User manuals of today's most popular commercial CFD packages
Course organization and examinations
The examination will consist of a written test and an oral discussion. Some numerical exercises will
be assigned to be developed as homework during the semester.
Prerequisites
3-year Degree in Industrial Engineering or equivalent.