MECCANICA DEI FLUIDI

Anno accademico 2018/2019 - 1° anno
Docente: Pietro SCANDURA
Crediti: 6
SSD: ICAR/01 - IDRAULICA
Organizzazione didattica: 150 ore d'impegno totale, 92 di studio individuale, 28 di lezione frontale, 30 di esercitazione
Semestre:

Obiettivi formativi

Il corso ha l’obiettivo principale di fornire le conoscenze basilari della meccanica dei fluidi. Dopo una parte preliminare nella quale si descrivono le caratteristiche fisiche dei fluidi, con particolare riferimento a quelle che li contraddistinguono dai solidi, il corso prevede l’introduzione degli argomenti fondamentali della meccanica dei fluidi, corredati del necessario inquadramento teorico. Il corso prevede anche lezioni da dedicare allo svolgimento di esercitazioni in aula, relative all'applicazione dei principi della meccanica dei fluidi alla soluzione di problemi di interesse ingegneristico.


Prerequisiti richiesti

Conoscenze di Meccanica Razionale, Analisi Matematica, Algebra.


Frequenza lezioni

Si richiede la frequenza di almeno il 70% delle lezioni.


Contenuti del corso

Denominazione: Meccanica dei Fluidi

Generalità

Introduzione al corso. Definizione di sostanza fluida. L’ipotesi del continuo. Dimensioni e unità di misura. Forze di massa e forze di superficie. Tensore degli sforzi e sue proprietà. Proprietà dei fluidi: comprimibilità, dilatabilità termica, tensione superficiale, viscosità. Fluidi non-newtoniani. Assorbimento dei gas.

Statica dei fluidi

Sforzi nei fluidi in quiete. Equazione indefinita della statica dei fluidi. Equazione globale dell’equilibrio statico. Statica dei fluidi pesanti e incomprimibili. Misura delle pressioni. Spinte su superfici piane. Spinte su superfici curve. Statica dei fluidi nei sistemi di riferimento non inerziali.

Cinematica

Cinematica dei fluidi. Approcci euleriano e lagrangiano. Velocità e accelerazione. Visualizzazione del campo di moto. Traiettorie. Linee di corrente. Linee di fumo. Tubi di Flusso. Tipi di moto. Moto permanente. Moto vario. Moto uniforme. Moti bidimensionali. Regimi di moto. Moto laminare. Moto Turbolento.

Equazione indefinita di continuità. Equazione globale di continuità per volumi di controllo fissi nello spazio. Equazione di continuità applicata alle correnti. Deformazione degli elementi fluidi. Velocità di rotazione e di deformazione.

Dinamica dei fluidi: le equazioni della quantità di moto

Equazione indefinita del moto. Equazione di Eulero. Condizioni al contorno. Equazione globale dell’equilibrio dinamico.

Teorema di Bernoulli

Teorema di Bernoulli. Distribuzione delle pressioni. Significato energetico e geometrico del teorema di Bernoulli. Processi di efflusso. Venturimetro. Tubo di Pitot. Estensione del teorema di Bernoulli ai fluidi reali. Estensione del teorema di Bernoulli alle correnti. Scambio di energia fra una corrente e una macchina.

Equazioni del moto dei fluidi reali

Legame costitutivo dei fluidi viscosi. Le equazioni di Navier-Stokes. Equazione globale dell’equilibrio dinamico.

Correnti in pressione

Azione di trascinamento di una corrente. Sforzo tangenziale. Moto laminare in un condotto a sezione circolare. Formula di Poiseuille. Flusso tra piastre piane e parallele. Moto turbolento. L’equazione del moto medio. Sforzi tangenziali viscosi e turbolenti. Applicazione del teorema di Buckingham per la determinazione della forma della legge di resistenza. Formula di Darcy-Weisbach. Indice di resistenza. Moto nei tubi lisci. Indice di resistenza nei tubi lisci. Cenni sulla distribuzione di velocità nel moto turbolento in un tubo liscio. Moto nei tubi scabri. Indice di resistenza nei tubi scabri. Abaco di Moody. Cenni sulla distribuzione di velocità nel moto turbolento in un tubo scabro. Formule pratiche per il calcolo della resistenza. Perdite di carico localizzate. Dissipazioni di energia per brusco allargamento, per imbocco a spigolo vivo e per sbocco in un serbatoio. Condotte in depressione.

 


Testi di riferimento

1) D. Citrini, D. Noseda "Idraulica", CEA Milano, 1987

2) G. Alfonsi, E. Orsi "Problemi di Idraulica e Meccanica dei Fluidi" CEA Milano, 1984.

3) G. Pezzinga "Esercizi di Meccanica dei Fluidi" Aracne editrice, 2008.

4) Appunti forniti dal docente reperibili sulla piattaforma Studium durante lo svolgimento del corso.



Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1Definizione di sostanza fluida. L’ipotesi del continuo. Dimensioni e unità di misura1, 4 
2Forze di massa e forze di superficie. Tensore degli sforzi e sue proprietà.1, 4 
3Comprimibilità, dilatabilità termica, tensione superficiale, viscosità.1,4 
4Fluidi non-newtoniani. Assorbimento dei gas.1, 4 
5Sforzi nei fluidi in quiete. Equazione indefinita della statica dei fluidi. Equazione globale dell’equilibrio statico. Statica dei fluidi pesanti e incomprimibili. Misura delle pressioni. Spinte su superfici piane. Spinte su superfici curve. 1, 4 
6Cinematica dei fluidi. Approcci euleriano e lagrangiano. Velocità e accelerazione. Visualizzazione del campo di moto. Traiettorie. Linee di corrente. Linee di fumo. Tubi di Flusso. Moto permanente. Moto vario. Moto uniforme.1, 4 
7Moti bidimensionali. Regimi di moto. Moto laminare. Moto Turbolento. Equazione indefinita di continuità. Equazione globale di continuità per volumi di controllo fissi nello spazio. Equazione di continuità applicata alle correnti.1, 4 
8Deformazione degli elementi fluidi. Velocità di rotazione e di deformazione.1, 4 
9Equazione indefinita del moto. Equazione di Eulero. Condizioni al contorno. Equazione globale dell’equilibrio dinamico. 1, 4 
10Equazioni del moto nella terna intrinseca ad una linea di corrente. Distribuzione delle pressioni. Teorema di Bernoulli. Significato energetico e geometrico del teorema di Bernoulli. Processi di efflusso. Venturimetro. Tubo di Pitot.1, 4 
11Estensione del teorema di Bernoulli ai fluidi reali. Estensione del teorema di Bernoulli alle correnti. Scambio di energia fra una corrente e una macchina. 1, 4 
12Legame costitutivo dei fluidi viscosi. Le equazioni di Navier-Stokes. Equazione globale dell’equilibrio dinamico dei fluidi viscosi.1, 4 
13Azione di trascinamento di una corrente. Sforzo tangenziale. Moto laminare in un condotto a sezione circolare. Formula di Poiseuille. Flusso tra piastre piane e parallele. Moto turbolento. L’equazione del moto medio.1, 4 
14Sforzi tangenziali viscosi e turbolenti. Applicazione del teorema di Buckingham per la determinazione della forma della legge di resistenza. Formula di Darcy-Weisbach. Indice di resistenza.1, 4 
15Moto nei tubi lisci. Indice di resistenza nei tubi lisci. Cenni sulla distribuzione di velocità nel moto turbolento in un tubo liscio. Moto nei tubi scabri. Indice di resistenza nei tubi scabri. Abaco di Moody.1, 4 
16Cenni sulla distribuzione di velocità nel moto turbolento in un tubo scabro. Formule pratiche per il calcolo della resistenza. Perdite di carico localizzate. Dissipazioni di energia per brusco allargamento, imbocco a spigolo vivo e sbocco in un serbatoio.1, 4 
17Condotte in depressione.1, 4 

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

Le prove d'esame consistono in una prova orale. La valutazione della preparazione dello studente sarà effettuata sulla base della capacità e della chiarezza di impostazione dimostrata nella soluzione di problemi di base di meccanica dei fluidi e nella descrizione dei contenuti teorici affrontati durante il corso.