Insegnamento MECCANICA DEI FLUIDI

Nome del corso di laurea Ingegneria meccanica
Codice insegnamento A005619
Curriculum Energia
Docente responsabile Michele Battistoni
Docenti
  • Michele Battistoni
Ore
  • 54 Ore - Michele Battistoni
CFU 6
Regolamento Coorte 2025
Erogato Erogato nel 2026/27
Erogato altro regolamento
Attività Affine/integrativa
Ambito Attività formative affini o integrative
Settore ING-IND/08
Anno 2
Periodo Primo Semestre
Tipo insegnamento Obbligatorio (Required)
Tipo attività Attività formativa monodisciplinare
Lingua insegnamento ITALIANO
Contenuti Introduzione, concetti di base, proprietà dei fluidi
Statica dei fluidi
Cinematica dei fluidi: descrizione Euleriana e Lagrangiana
Equazioni elementari della fluidodinamica — conservazione della massa e dell'energia (Bernoulli)
Formulazione integrale delle equazioni di conservazione
Equazioni differenziali del moto dei fluidi
Analisi dimensionale e similitudine
Flussi viscosi interni: flussi nei condotti
Flussi viscosi esterni: moto attorno ai corpi, resistenza e portanza, strato limite
Soluzioni approssimate dell'equazione di Navier-Stokes
Flussi laminari e turbolenti
Flussi comprimibili
Testi di riferimento Raccomandati:
Principale per l'approccio concettuale e applicativo:
(ENG) Çengel, Cimbala – Fluid Mechanics – Fundamentals and Applications, McGraw-Hill
(ITA) Çengel, Cimbala – Meccanica dei Fluidi, McGraw-Hill
Per approfondimento e esercizi:
(ENG) Munson, Okiishi, Huebsch, Rothmayer – Fundamentals of Fluid Mechanics, Wiley
(ITA) Munson, Okiishi, Huebsch, Rothmayer – Meccanica dei fluidi, Città Studi Edizioni (De Agostini)

Altri:
White F.M. – Fluid Mechanics –McGraw-Hill
Obiettivi formativi Il corso si propone di fornire agli studenti di Ingegneria Meccanica le competenze fondamentali per comprendere, modellare e analizzare il comportamento dei fluidi, sia in condizioni di quiete che di movimento.
Al termine del corso, lo studente sarà in grado di:
- Applicare i principi di conservazione della massa, della quantità di moto e dell'energia sia in forma integrale (macroscopica) che differenziale (microscopica).
- Risolvere problemi ingegneristici legati al calcolo di spinte idrostatiche, perdite di carico in circuiti idraulici industriali e forze aerodinamiche su corpi immersi.
- Utilizzare l'analisi dimensionale per la progettazione e l'interpretazione di test sperimentali su modelli in scala.
- Comprendere i fenomeni termofluidodinamici elementari legati ai flussi comprimibili in ugelli ed efflussi bloccati (choking).
Prerequisiti Per seguire proficuamente il corso sono richieste solide basi di: Analisi Matematica I e II: calcolo differenziale e integrale, equazioni differenziali ordinarie, algebra vettoriale, operatori differenziali (gradiente, divergenza, rotore) e teoremi della divergenza e del rotore. Fisica Generale I (Meccanica): cinematica e dinamica del punto e del corpo rigido, concetti di forza, momento, lavoro ed energia.
Metodi didattici Il corso si sviluppa su un totale di 54 ore di didattica ufficiale, strutturate in blocchi settimanali fissi:
Lezioni Frontali Teoriche (36 ore): dedicate alla spiegazione dei concetti fisici, dei modelli teorici e alla derivazione formale delle equazioni governanti.
Esercitazioni Pratiche in Aula (18 ore): dedicate all'applicazione numerica e analitica della teoria attraverso la risoluzione guidata di problemi ingegneristici e accademici estratti dai testi di riferimento.
Altre informazioni
Modalità di verifica dell'apprendimento L'accertamento delle competenze acquisite avviene tramite un esame diviso in due fasi:
Prova Scritta (Durata circa 3 ore): Risoluzione di 3 problemi numerici indipendenti volti a verificare la capacità operativa dello studente.
Il superamento dello scritto con voto di almeno 18/30 è vincolante per l'accesso all'orale.
Prova Orale: Colloquio volto a verificare l'apprendimento critico della materia, la comprensione fisica dei fenomeni e il rigore nel presentare le derivazioni matematiche fondamentali.
Programma esteso 1) Introduzione e Proprietà dei Fluidi:
Condizione di aderenza. Tensione di vapore e cavitazione. Viscosità e fluidi Newtoniani. Tensione superficiale. Calcolo degli sforzi di taglio in viscosimetri e meati fluidi.
2) Statica dei Fluidi:
Pressione idrostatica e manometri. Forze idrostatiche su superfici piane e curve sommerse. Spinta di Archimede, galleggiamento e stabilità. Calcolo di forze e momenti su paratie e dighe.
3) Cinematica dei Fluidi:
Descrizione Lagrangiana ed Euleriana. Linee di corrente, di fumo e traiettorie. Vorticità, rotazionalità e tensore strain-rate. Teorema del Trasporto di Reynolds (RTT). Determinazione analitica di linee di corrente e accelerazione materiale.
4) Equazione di Bernoulli e Formulazione Integrale dell'Energia:
Equazione di Bernoulli: derivazione, ipotesi e limitazioni. Linee piezometrica e dei carichi totali. Equazione generale dell'energia per sistemi aperti, fattore a e perdite di carico. Bilanci energetici in sistemi idraulici e Venturimetri.
5) Formulazione Integrale della Quantità di Moto:
Conservazione della massa e della quantità di moto lineare/angolare per volumi di controllo fissi e mobili. Fattore di correzione ß. Calcolo delle forze d'ancoraggio su curve flangiate, ugelli e getti su pale.
6) Analisi Dimensionale e Similitudine:
Teorema ¿ di Buckingham e metodo delle variabili ripetute. Gruppi adimensionali (Reynolds, Froude, Mach). Similitudine e modelli in scala. Esercitazione integrata: Calcolo dei gruppi adimensionali e delle condizioni operative per modelli in scala.
7) Equazioni Differenziali del Moto dei Fluidi:
Equazione di continuità differenziale. Funzione di corrente. Derivazione e significato fisico dei termini delle equazioni di Navier-Stokes per fluidi incomprimibili. Verifica di campi di velocità ammissibili e calcolo dei gradienti di pressione.
8) Soluzioni Approssimate delle Equazioni di Navier-Stokes:
Soluzioni esatte per flussi paralleli stazionari (Couette e Poiseuille). Equazioni di Eulero per flussi non viscosi. Flussi irrotazionali e potenziale di velocità. Derivazione analitica di profili di velocità e portate tra piastre e condotti.
9) Flussi Viscosi Interni:
Regime laminare e turbolento nei condotti. Regione di ingresso e flusso completamente sviluppato. Perdite di carico distribuite (Darcy-Weisbach, Abaco di Moody, Colebrook) e concentrate. Bilancio energetico e dimensionamento idraulico di un circuito industriale.
10) Flussi Viscosi Esterni e Strato Limite:
Teoria dello strato limite di Prandtl. Strato limite laminare (Blasius) e turbolento su piastra piana. Spessori caratteristici (nominale, spostamento, quantità di moto). Calcolo degli spessori e dello sforzo di taglio globale su piastra piana.
11) Moto attorno ai Corpi: Resistenza e Portanza:
Forze di resistenza (drag, di attrito e di forma) e portanza (lift). Fenomeno del distacco dello strato limite (separation). Coefficienti C_D e C_L per cilindri, sfere e profili alari. Calcolo di forze di drag e lift aerodinamico.
12) Flussi Comprimibili:
Velocità del suono e numero di Mach. Proprietà e stato di ristagno. Flussi isentropici in ugelli convergenti e de Laval. Efflusso bloccato (choking). Cenni sulle onde d'urto normali. Calcolo delle proprietà termodinamiche in ugelli de Laval.
Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile