CODICE 91042 ANNO ACCADEMICO 2023/2024 CFU 5 cfu anno 2 INGEGNERIA CHIMICA E DI PROCESSO 10376 (LM-22) - GENOVA SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE ICAR/01 LINGUA Inglese SEDE GENOVA PERIODO 1° Semestre MATERIALE DIDATTICO AULAWEB PRESENTAZIONE I fenomeni di trasporto di massa, quantità di moto, calore ed energia caratterizzano un gran numero di processi che sono oggetto di ricerca dell'ingegneria chimica. Molti di questi processi sfruttano le proprietà del moto turbolento di un fluido per accelerare la diffusione dei reagenti o coinvolgono particelle solide che sono trasportate dal fluido in cui sono immerse e sulla cui superficie possono avvenire reazioni chimiche. Il corso fornisce le conoscenze di meccanica dei fluidi necessarie a interpretare e modellare i fenomeni di trasporto che caratterizzano applicazioni industriali quali spray dryer, reattori a letto mobile e impianti di depurazione e potabilizzazione. Una breve video-presentazione del corso (4 min) è disponibile cliccando qui. OBIETTIVI E CONTENUTI OBIETTIVI FORMATIVI The objective of the teaching is to provide the basic knowledge of fluid mechanics with a particular attention to mass transport processes. Examples of practical problems are formulated and solved during the lessons. OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO Durante il corso verranno forniti gli strumenti teorici necessari a saper interpretare, analizzare e valutare in modo critico un articolo scientifico, una relazione tecnica o un progetto di un impianto in cui sono coinvolti processi di trasporto di massa, quantità di moto, calore o energia in un fluido in movimento. Al termine del corso lo studente sarà quindi in grado formulare correttamente il problema del moto di un fluido e dei relativi fenomeni di trasporto sia quando il moto laminare che quando il moto è turbolento. Verranno inoltre illustrati semplici modelli che permettono di risolvere il problema della "chiusura dei moti turbolenti" anche in presenza di particelle solide in sospensione. Lo studente avrà infine acquisito la capacità di individuare i modelli appropriati, tra quelli mostrati durante il corso, da considerare per affrontare problemi di fluidodinamica rilevanti per l’ingegneria chimica. PREREQUISITI Conoscenze di base di Fisica, Analisi e Meccanica dei Fluidi. MODALITA' DIDATTICHE Lezioni frontali e "problem based learning". Si consigliano gli studenti lavoratori e gli studenti con certificazione di DSA, di disabilità o di altri bisogni educativi speciali di contattare il docente all’inizio del corso per concordare modalità didattiche e d’esame che, nel rispetto degli obiettivi dell’insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali. PROGRAMMA/CONTENUTO Introduzione ai fenomeni di trasporto di massa, quantità di moto ed energia Leggi di conservazione di massa, quantità di moto ed energia Dinamica di una particella isolata in fluido in quiete o in movimento Moto di due o molte particelle in un fluido Processi diffusivi in moto non-turbolento Cenni al moto Browniano di particelle Leggi di Fick Moto oscillante (secondo problema di Stokes) Teoria dello strato limite (moto non-turbolento) Trasporto di massa intorno a particelle solide e bolle Conduzione termica nei fluidi Teoria della turbolenza sviluppata Fenomenologia della turbolenza Dinamica della vorticità e cascata di energia Strumenti statistici per la caratterizzazione della turbolenza Turbolenza omogenea e isotropa Equazioni di Reynolds Energia cinetica della turbolenza Turbolenza in flussi di taglio (“free shear flow”, “wall-bounded flow”) Modelli di moto turbolento Modello di Boussinesq della componente deviatorica del tensore di Reynolds Viscosità turbolenta e relazioni di chiusura: uso delle equazioni del trasporto Simulazione numerica della turbolenza (RANS, LES, DNS, cenni ad altri metodi) Dispersione di particelle solide in moto turbolento Equazioni della fase fluida (operazioni di media) Effetti dell’interazione tra particelle solide e turbolenza Modelli numerici Modelli Euleriani-Euleriani Modelli Euleriani-Lagrangiani (“point-particle”,”particle-resolved”) Cenni al trasporto in sospensioni granulari dense e mezzi porosi Moti di filtrazione: legge di Darcy-Ritter, equazione di Richards Esempi di applicazioni Spray dryer Reattori a letto fluido Problemi di bio-fluidodinamica TESTI/BIBLIOGRAFIA Appunti del corso. Testi di approfondimento consigliati: - Meccanica dei fluidi e Turbulenza Kundu, Pijush K., Ira M. Cohen, and David R. Dowling. Fluid mechanics. Academic press, 2015 Pope, Stephen B., and Stephen B. Pope. Turbulent flows. Cambridge university press, 2000 Sinaiski, Emmanuil G., and Leonid I. Zaichik. Statistical Microhydrodynamics. John Wiley & Sons, 2008 Monin, Andrei Sergeevich, and A. M. Yaglom. Statistical fluid mechanics, Volume I, 2007 - Fenomeni di trasporto e Flussi multi-fase: Venerus, David C., and Hans Christian Öttinger. A modern course in transport phenomena. Cambridge University Press, 2018. Jakobsen, Hugo A.. Chemical Reactor Modeling - Multiphase Reactive Flows. Springer, 2008 Crowe, Clayton T., et al. Multiphase Flows with Droplets and Particles. CRC Press, 2011 DOCENTI E COMMISSIONI MARCO MAZZUOLI Ricevimento: Il ricevimento degli studenti potrà svolgersi con le seguenti modalità: incontrandosi nell'ufficio del Professore (in Villa Cambiaso, Via Montallegro 1, Genova) previo appuntamento; fissando un meeting telematico (usando Teams, Skype, Zoom o Google Meet). Commissione d'esame MARCO MAZZUOLI (Presidente) RODOLFO REPETTO PAOLO BLONDEAUX (Presidente Supplente) LEZIONI INIZIO LEZIONI https://corsi.unige.it/10376/p/studenti-orario Orari delle lezioni L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy ESAMI MODALITA' D'ESAME L'esame consiste in un colloquio orale. L'esame potrà essere sostenuto nella sessione estiva (giugno, luglio e settembre) e in quella invernale (gennaio e febbraio). MODALITA' DI ACCERTAMENTO Il colloquio orale è finalizzato a determinare il livello di apprendimento raggiunto dallo studente. Il colloquio orale si articola in due fasi: la fase preliminare dell'esame consiste nell'analisi di un articolo scientifico su uno dei temi del corso (concordato con il docente) oppure lo studio di un processo di trasporto con l'ausilio di modelli numerici. Alla valutazione di questa fase è associato un peso pari al 40% della valutazione complessiva. Il rimanente 60% della valutazione è basato sulla risposta a due domande sui temi affrontati durante il corso. Calendario appelli Data appello Orario Luogo Tipologia Note 16/01/2024 09:00 GENOVA Orale 06/02/2024 09:00 GENOVA Orale 19/06/2024 09:00 GENOVA Orale 16/07/2024 09:00 GENOVA Orale 12/09/2024 09:00 GENOVA Orale Agenda 2030 Istruzione di qualità Parità di genere Acqua pulita e servizi igienico-sanitari Vita sott'acqua Vita sulla Terra