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.

Alla fine del corso, lo studente sarà in grado di scegliere l'approccio numerico idoneo ad affrontare specifici problemi di ingegneria chimica in cui i processi coinvolgono miscugli di fluidi ed eventualmente particelle solide reagenti.

Il corso fornisce infatti 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 pertinenti all’ingegneria chimica che coinvolgono miscugli e flussi multifase.

PREREQUISITI

Conoscenze di base di Fisica, Analisi e Meccanica dei Fluidi.

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali e "problem based learning".

Gli studenti che abbiano in corso di validità certificazione di disabilità fisica o di apprendimento in archivio presso l'Università e che desiderino discutere eventuali sistemazioni o altre circostanze relative a lezioni, corsi ed esami, dovranno parlare sia con il docente che con il Prof. Federico Scarpa (federico.scarpa@unige.it), referente per la disabilità della Scuola Politecnica.

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
• Brodkey, Robert S., and Harry C. Hershey. Transport phenomena: a unified aprroach. Brodkey publishing, 2003.

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

MARCO MAZZUOLI (Presidente)

RODOLFO REPETTO

NICOLETTA TAMBRONI

PAOLO BLONDEAUX (Presidente Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

https://corsi.unige.it/corsi/10376/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