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

L'insegnamento mira a: 1) sviluppare modelli matematici per problemi fluidodinamici 2) acquisire i principi teorici della simulazione numerica avanzata di problemi fluidodinamici 3) utilizzare un codice di calcolo per la risoluzione di tali modelli. 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.

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.

L’insegnamento contribuisce al raggiungimento dei seguenti Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda ONU 2030:

Obiettivo 4: fornire un’educazione di qualità, equa ed inclusiva, e opportunità di apprendimento per tutti
Obiettivo 5: raggiungere l’eguaglianza di genere ed emancipare tutte le donne e ragazze

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 24/2/2025 e termineranno il 06/6/2025, con le interruzioni previste dal calendario didattico della Scuola di Scienze secondo l'orario riportato qui 

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 questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale 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.