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MODELLIZZAZIONE E SIMULAZIONE NUMERICA DEL COMPORTAMENTO DEI MATERIALI DELL’INDUSTRIA DI PROCESSO

CODICE 108102
ANNO ACCADEMICO 2022/2023
CFU
  • 4 cfu al 1° anno di 11430 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI (LM SC.MAT.) - GENOVA
  • 4 cfu al 1° anno di 9020 CHIMICA INDUSTRIALE (LM-71) - GENOVA
  • 4 cfu al 2° anno di 9020 CHIMICA INDUSTRIALE (LM-71) - GENOVA
  • SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE ING-IND/26
    SEDE
  • GENOVA
  • PERIODO 2° Semestre

    PRESENTAZIONE

    Sviluppo di modelli per la simulazione numerica di fenomeni di trasporto (materia, energia e quantità di moto) applicati a materiali complessi (es. polimeri) con l'ausilio del codice di calcolo di modellistica computazionale Comsol Multiphysics.

    Verranno forniti i principi teorici della simulazione numerica avanzata dei problemi che coinvolgono i materiali comunemente impiegati dell'industria di processo, e le competenze tecniche per utilizzare un codice di calcolo per la risoluzione dei modelli che li descrivono.

    OBIETTIVI E CONTENUTI

    OBIETTIVI FORMATIVI

    I principali obiettivi formativi dell'insegnamento sono legati all’apprendimento da parte degli allievi dei concetti fondamentali della simulazione computazionale di materiali e processi, mediante i quali poter utilizzare nella futura vita professionale le conoscenze scientifiche acquisite, applicandole concretamente alla risoluzione di problemi di varia natura nell’ambito del sistema produttivo industriale.


     

    OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

    Al termine del modulo lo studente avrà acquisito le competenze necessarie per impostare ed eseguire una simulazione numerica e analizzare i risultati di problemi che coinvolgono il trasporto di massa, quantità di moto e calore risolvendo le equazioni governative attraverso un software di fluidodinamica computazionale (CFD). Il software verrà applicato per risolvere diversi problemi di interesse dell'industria di processo e, in particolare, per l'ingegneria di prodotto.

     

    Risultati d'apprendimento previsti:

    (i) capacità di sviluppare modelli matematici per problemi fluidodinamici

    (ii) conoscenza dei principi teorici della simulazione numerica avanzata di problemi fluidodinamici

    (iii) capacità di utilizzare un codice di calcolo per la risoluzione di tali modelli

     

    Profilo Professionale Consigliato:
    Scienziato dei materiali: specialista nella tecnologia

    PREREQUISITI

    Nessuno

    MODALITA' DIDATTICHE

    L’intero programma sarà svolto mediante lezioni frontali.
    Gli appunti relativi a ciascuna lezione saranno disponibili su AulaWeb in raccolte di diapositive in data anteriore alla lezione stessa.

    PROGRAMMA/CONTENUTO

    Teoria (1 CFU)

    • Equazioni di bilancio di materia, energia e quantità di moto. Equazione costitutiva per fluidi Newtoniani. Equazioni di Navier-Stokes.
    • Condizioni al contorno per le equazioni di Navier-Stokes e per le equazioni di bilancio di energia.
    • Set-up di una simulazione numerica. Convergenza della griglia di calcolo. Adeguatezza del dominio di calcolo. Simulazioni in stazionario ed in transitorio. Analisi dei risultati.
    • Fluidi non-Newtoniani. Generalità e fenomenologia. Equazioni costitutive per fluidi Newtoniani generalizzati, viscoplastici e viscoelastici. Simulazione numerica di fluidi Newtoniani generalizzati, viscoplastici e viscoelastici.
    • Simulazione della reologia di sospensioni e materiali compositi.

    Pratica (3 CFU)

    • Introduzione ai codici di calcolo di fluidodinamica computazionale. Esercitazioni di laboratorio per l’utilizzo del codice COMSOL Multiphysics. 
    • Definizione e sviluppo della geometria e della griglia.
    • Set-up della simulazione. Definizione dei parametri e delle condizioni al contorno. Risoluzione delle equazioni di bilancio e post-processing dei risultati.
    • Sviluppo di modelli per la simulazione numerica di fenomeni di trasporto:
      • flussi stazionari e transitori, isotermici e non, laminari e turbolenti.
      • soluzioni diluite e concentrate con reazione chimica (equazione convezione-diffusione-reazione).
      • fluidi newtoniani generalizzati, fluidi viscoplastici e viscoelastici.
      • fluidodinamica delle sospensioni. Tracciamento delle particelle.
      • reologia dei materiali compositi.

    TESTI/BIBLIOGRAFIA

    Slide fornite dal docente.

    R.B. Bird, W.E. Stewart, E.N. Lightfoot, Transport Phenomena, Wiley, 2002

    User's guide di COMSOL Multiphysics.

    Materiale disponibile online su https://www.cfd-online.com

    Materiale suppletivo sarà fornito a richiesta a studenti lavoratori o studenti con DSA per venire incontro ad esigenze specifiche.

    DOCENTI E COMMISSIONI

    LEZIONI

    INIZIO LEZIONI

    Le lezioni del secondo semestre avranno inizio il 28/2/2023 e termineranno il 08/6/2023, con le interruzioni previste dal calendario didattico della Scuola di Scienze.

    CONSIDERATO CHE NON E' POSSIBILE DEFINIRE ORA CON PRECISIONE GLI ORARI DELLE LEZIONI, E IN VISTA DI EVENTUALI MISURE STRAORDINARIE RELATIVE ALLO SVOLGIMENTO DELLA DIDATTICA EMANATE DALL'ATENEO, SI INVITANO GLI STUDENTI A VISITARE FREQUENTEMENTE SITI COME https://corsi.unige.it/9020/p/studenti-orario E https://chimica.unige.it/node/390 PER AVERE AGGIORNAMENTI SULL'ARGOMENTO

    Orari delle lezioni

    L'orario di tutti gli insegnamenti è consultabile su EasyAcademy.

    ESAMI

    MODALITA' D'ESAME

    Verifiche periodiche dell’apprendimento – Esame orale finale. La prova orale consisterà in una serie di domande e conseguente discussione sulla risoluzione di un caso studio precedentemente assegnato allo studente, al fine di valutare il corretto raggiungimento degli obiettivi formativi (si veda "modalità di accertamento").

    Ulteriori informazioni saranno fornite durante lo svolgimento del corso (durante la prima lezione, e successivamente su richiesta dello studente).

    Per gli studenti disabili o con DSA, le modalità d'esame sono uniformate alla regolamentazione di Ateneo per lo svolgimento degli esami di profitto (https://unige.it/disabilita-dsa).

    MODALITA' DI ACCERTAMENTO

    La frequenza delle lezioni costituisce un presupposto fondamentale per il raggiungimento degli obiettivi formativi dell'insegnamento.

    La discussione della risoluzione del caso studio assegnato permetterà la verifica dell'effettivo conseguimento di tali obiettivi.
    Contestualmente sarà valutata la capacità di ragionamento critico dello studente e la sua abilità nel rispondere in modo chiaro e diretto a quesiti specifici.
    In particolare sarà inoltre valutata positivamente la capacità dello studente di applicare le conoscenze teoriche acquisite in risposta a scenari realistici o per la risoluzione di semplici problemi.
    Qualora gli obiettivi formativi non fossero raggiunti, lo studente sarà invitato ad approfondire lo studio e ad avvalersi di ulteriori spiegazioni da parte del docente.