Corso di TermoFluidodinamica Applicata (9 CFU, n.o.) - A/A 2010/2011

Corsi di Laurea Magistrale in Ing. Meccanica e Ing. Meccanica dell'Industria Alimentare

1°Anno L.M., 2° Ciclo, Orario: Mercoledi' e Giovedi', 14.30-17.30, aula 5

docente: prof. Angelo Farina

E-MAIL: [email protected]

Internet: http://pcfarina.eng.unipr.it/ oppure http://www.angelofarina.it/

Ricevimento studenti: lunedi' 10:30 - 12:30 - palazzina 7 (sconsigliato: meglio la posta elettronica)

Telefono: 0521 905854 (risponditore telefonico) (sconsigliato)

Fax: 0521 905705 (me li recapitano solo dopo 2-3 giorni)

Contenuti

Programma del Corso di TermoFluidodinamica Applicata (9 CFU)

  • Trasporto di materia. Legge di Fick. Coefficiente di diffusione di materia. Equazione di conservazione per una singola specie chimica in miscele binarie. Forma adimensionale dell'equazione. Il numero di Schmidt. Numero di Sherwood. Strato limite di concentrazione. La diffusione del vapore nelle pareti multistrato - condensazione interstiziale (diagrmma di Glaser)
  • Analogia tra trasporto di energia, materia e quantita' di moto. Analogia di Reynolds. Analogia di Chilton Colburn.  Simultaneo trasporto di materia ed energia. Raffreddamento evaporativo. Processo di saturazione adiabatica. Teoria e pratica dello psicrometro. Il diagramma psicrometrico.
  • Convezione. Generalita' sullo scambio termico per convezione. Le equazioni di strato limite. Convezione forzata. Flusso esterno. Lastra piana con deflusso parallelo. Deflusso trasversale su superfici cilindriche e sferiche. Deflusso trasversale su banchi di tubi.
  • Flusso interno. Regione di ingresso e moto laminare completamente sviluppato. Il bilancio dell'energia per le condizioni al contorno di flusso uniforme alla parete e di temperatura di parete uniforme. Correlazioni di convezione per il moto laminare nei condotti. Moto turbolento completamente sviluppato. Correlazioni. Condotti a sezione non circolare. 
  • Incremento dello scambio termico. Le tecniche di incremento dello scambio termico. Tecniche passive ed attive. Vantaggi dell'incremento dello scambio termico. Superfici alettate. Tubi con alettatura longitudinale ed elicoidale.
  • Scambiatori di calore. Generalita' e classificazione. Coefficiente globale di scambio termico. Effetto dello sporcamento della superficie. Differenza di temperatura medio logaritmica: scambiatori a correnti parallele e non parallele. Metodo dell'efficienza e del numero di unita' di trasporto (NTU). Scambiatori compatti.
  • Reologia. Classificazione dei fluidi: puramente viscosi, viscoelastici e dipendenti dal tempo. Modelli reologici. Fludi non Newtoniani: modello di Bingham e a legge di potenza. Determinazione dei parametri reologici mediante reometro a tubo capillare. Fluidi verificanti la legge di potenza in moto entro condotti. Profilo di velocita'. Numero di Reynolds generalizzato. Fattore di attrito in regime laminare. Regime turbolento. Relazione di Dodge e Metzner. Scambio termico convettivo in regime laminare e turbolento.
  • Scambio termico in ebollizione e condensazione. Raggruppamenti adimensionali nell'ebollizione e nella condensazione. Regimi di ebollizione: ebollizione di massa, ebollizione in convezione forzata, ebollizione sottoraffreddata e satura. Modalita' di ebollizione di massa: in convezione naturale, nucleata, regime di transizione, a film. Correlazione di Rhosenow. Flusso critico. Flusso minimo. Ebollizione in convezione forzata. Condensazione superficiale. Condensazione a film e condensazione a gocce. Condensazione a film laminare su lastra piana verticale, soluzione di Nusselt, numero di Reynolds per la condensazione a film: regime di transizione, regime turbolento numero di Nusselt modificato. Condensazione a film su sistemi radiali. Condensazione a gocce.
  • Il problema dei transitori termici e fluidodinamici: soluzioni analitiche e soluzioni numeriche.
  • Applicazioni tecniche nell'industria alimentare: apparecchiature per l'essicazione, il congelamento, la concentrazione di sostanze alimentari. Esempi impiantistici.
  • Esercitazioni in laboratorio informatico sulle tecniche di simulazione numerica dello scambio termico, utilizzando sia codice realizzato dagli studenti in Excel (eserc. n. 1), sia il programma "general purpose" COMSOL (eserc. n. 2).
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Modalita' d'esame

L'esame consiste in una classica interrogazione, costituita solitamente da tre brevi domande, almeno una delle quali e' un esercizio. Tuttavia, al contrario di altri esami, non e' richiesto di mostrare di ricordare a memoria formule complicate: occorre invece dimostrare di padroneggiare bene le definizioni delle grandezze fisiche e le loro unita' di misura, di aver compreso le legge fisiche fondamentali (non di averne imparato a memoria l'enunciato!), e di saper ragionare nell'impostazione di problemi diversi da quelli illustrati a lezione. Nel corso dell'esame lo studente e' libero di consultare appunti e dispense, o il materiale fotocopiato a disposizione presso il Centro Documentazione. E ovviamente puo' usare computer e/o calcolatrice scientifica.

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Date Ufficiali degli Appelli d'Esame

Data

Giorno

Ora

Luogo

28/01/2011

Venerdi'

9.00

sede didattica

24/02/2011

Giovedi'

9.00

sede didattica

16/06/2011

Giovedi'

9.00

sede didattica

28/07/2011

Giovedi'

9.00

sede didattica

12/09/2011

Lunedi'

9.00

sede didattica

23/09/2011

Venerdi'

9.00

sede didattica

03/02/2012

Venerdi'

9.00

sede didattica

24/02/2012

Venerdi'

9.00

sede didattica

22/06/2012

Venerdi'

9.00

sede didattica

27/07/2012

 Venerdi' 9.00 sede didattica

07/09/2012

 Venerdi' 9.00 sede didattica

28/09/2012

 Venerdi' 9.00 sede didattica

Le date degli appelli, essendo state fissate con quasi un anno d'anticipo, potranno essere posticipate di alcuni giorni (al massimo 1 settimana) in caso di inderogabili impegni del docente emersi in tempi successivi all'iniziale fissazione del calendario, o causa problemi di disponibilita' delle aule, ma comunque con congruo preavviso su questo sito Web e mediante affissione di avviso in bacheca, almeno una settimana prima della data originariamente indicata. Di regola invece le date degli appelli ufficiali non possono venire anticipate.

Esami in orario di ricevimento

Gli studenti possono chiedere al docente di sostenere l'esame anche in date diverse da quelle "ufficiali" su indicate, concordando data e luogo dell'esame tramite E-mail. In particolare la regola generale e' quella di presentarsi agli esami "fuori appello" durante l'orario di ricevimento, anche se e' sempre opportuno preavvisare via E-mail. Spetta agli studenti interessati verificare che sia loro consentito sostenere l'esame in tali date "non ufficiali": se poi risulta che non era consentito, la segreteria annulla l'esame, che deve essere ripetuto....

Per maggiore chiarezza: chi fa l'esame "fuori appello" in un giorno di ricevimento ha l'immediata verbalizzazione dell'esame svolto. Pertanto occorre verificare di poter fare l'esame nella data in cui esso effettivamente si svolge. Per nessun motivo si lascera' la verbalizzazione "in sospeso" sino alla successiva sessione di esami. Chi non e' autorizzato a fare l'esame in una certa data, ovviamente non lo puo' fare in tale data. Non ho fatto io queste regole che impediscono di fare esami in certi periodi dell'anno; esse sono state fatte per motivi presumibilmente buoni, per cui non c'e' alcun motivo di aggirare queste regole. Se esse sono ritenute inappropriate, basta chiedere alla facolta' di cambiarle, anziche' tempestare il sottoscritto di improprie richieste di aggiramento delle stesse...

Iscrizione agli esami

L'iscrizione all'esame va fatta attraverso Internet, tramite l'apposito server:

https://iscrizionet.unipr.it/iscrizionet.cgi

Informatizzazione delle dispense

Nel 2010 e’ stata realizzata, con la collaborazione degli studenti, una raccolta di dispense informatizzata, consultabile via Internet su questo sito. Esse costituiscono un valido supporto per la preparazione dell'esame, e dovrebbero evitare la spesa di acquistare libri, manuali e tabelle. Si rammenta tuttavia che il docente non puo' assumersi alcuna responsabilita' in merito ad omissioni o inesattezze in esse contenute.

Le DISPENSE (A/A 2009/2010) sono rese consultabili direttamente via rete.

ATTENZIONE! - si sconsiglia l'uso delle "vecchie" dispense online qui indicate. Piu' sotto trovate il riferimento alle registrazioni audio-video 2011, che contiene anche il link alle dispnsse revisonate nel corso delle lezioni stesse.

Materiale didattico online

Il materiale didattico relativo al corso (fogli Excel, tabelle, grafici, vecchie dispense, etc.) utilizzato durante le lezioni e' disponibile nella area "Public" di questo sito web: http://pcfarina.eng.unipr.it/Public/Termofluidodinamica/ - Si consiglia di scaricare soprattutto i fogli Excel contenenti gli esercizi svolti in aula.

Registrazioni Audio-Video

Nel corrente A/A 2010/2011 viene effettuata la registrazione audio/video delle lezioni impiegando il programa Open-Source CamStudio.

Le registrazioni consentono di fruire delle lezioni anche a chi non era presente in aula (sebbene la presenza in aula sia sempre didatticamente superiore all'ascolto della registrazione).

Inoltre le registrazioni costituiscono un valido supporto didattico agli studenti con D.S.A. (dislessia, etc.), ipovedenti, o comunque con difficolta' di utilizzo del tradizionale materiale cartaceo.

Clicca QUI per l’elenco delle registrazioni

Nota: nell'elenco sono anche linkate le versioni delle dispense on-line utilizzate mediante videoproiettore durante le lezioni stesse: si tratta di files in formato Word che hanno subito modifiche durante le lezioni, con correzioni di errori, aggiunta di formule e di disegni, evidenziazione delle parti importanti. Per la preparazione dell'esame, si consiglia pertanto di utilizzare questa versione corretta delle dispense on-line, anziche' quella originale dello scorso anno linkata piu' sopra.

Testi raccomandati/consigliati

F. KREITH:  “Principi di trasmissione del calore” - Liguori Editore, Napoli, 1975

F. P. Incropera, D.P. DeWitt:  "Fundamentals of Heat and Mass Trasfer" - John Wiley & Sons, 6th ed., New York, 2006.

Inoltre, presso il Centro Documentazione della Facolta', e' disponibile un fascicolo di fotocopie contenente grafici e tabelle di supporto agli esercizi da svolgere durante il corso ed in sede di esame.
In realta questo materiale e' reso abbastanza superfluo dal fatto che esso e' stato in gran parte scannerizzato ed introdotto nelle dispense online.

Commenti e Suggerimenti

Per favore comunicate con me preferenzialmente via E-Mail per ogni necessita' di chiarimenti o per suggerimenti. Trovarmi al telefono e' pressoche' impossibile, in quanto non sono quasi mai in ufficio. Passo il mio tempo migliore in qualche laboratorio, o a fare esperimenti "sul campo". Anche sugli orari ufficiali di ricevimento non si deve fare troppo affidamento, perche' spesso sono via in missione. Meglio prendere appuntamento via E-mail....

Per la preparazione dell'esame orale, e' consigliabile venire ad assistere nell'appello precedente a quello in cui si vuole sostenere l'esame.

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Ultima revisione: 20/01/12