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    Insegnamento di AERODINAMICA

    Corso di laurea in INGEGNERIA AEROSPAZIALE, MECCANICA, ENERGETICA

    SSD: ING-IND/06

    CFU: 15,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 120,00

    Periodo di Erogazione:

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    ITALIANO

    Contenuti

    Proprietà fondamentali e caratteristiche fisico-chimiche dei fluidi. Elementi di termodinamica. Introduzione al calcolo tensoriale. Richiami di idrostatica. Equazioni del bilancio in forma integrale, differenziale e discontinua. Equazioni e teoremi fondamentali della cinematica e dinamica dei fluidi. Equazioni in forma adimensionale e numeri caratteristici. Flussi incompressibili potenziali, equazione di Laplace e sue soluzioni singolari. Teorie dei profili alari e delle ali. Strato limite incompressibile. Flussi compressibili, relazioni isentropiche, equazione generale del potenziale. Theoria delle caratteristiche. Teoria di Prandtl-Meyer. Teoria linearizzata per flussi potenziali compressibili, teoria delle similitudini. Teoria delle discontinuità, onde d’urto, interazioni tra discontinuità. Teoria urto/espansione per profili supersonici. Flussi in condotti a sezione variabile, ugelli e diffusori, flussi alla Rayleigh e alla Fanno in condotti a sezione costante.

    Testi di riferimento

    1) Appunti forniti dal docente.
    2) John D. Anderson: Fundamental of Aerodynamics. McGraw-Hill
    3) John D. Anderson: Modern Compressible Flows . McGraw-Hill

    Obiettivi formativi

    Scopo del corso è di fornire allo studente una preparazione di primo livello sui fondamenti fisici e modellistica matematica della dinamica dei fluidi capace di fargli affrontare e risolvere problemi concreti di Aerodinamica in regime di moto subsonico e supersonico.

    Prerequisiti

    Analisi Matematica, Algebra e Geometria, Fisica

    Metodologie didattiche

    Lezioni frontali

    Metodi di valutazione

    Esame Orale

    Programma del corso

    Proprietà fondamentali e caratteristiche fisico-chimiche dei fluidi.
    Cenni di Termodinamica di equilibrio. Energia interna, Entropia, Relazione fondamentale. Coppie coniugate. Stabilità termodinamica. Calori specifici e velocità del suono. Potenziali termodinamici. Equazioni di stato. Modelli di gas, gas perfetto e più che perfetto. Trasformazioni isentropiche. Caratteristiche dell’atmosfera terrestre. Elementi di Calcolo tensoriale. Operatore Nabla e sue applicazioni. Teoremi di Gauss e di Stokes. Equazioni di bilancio e di conservazione in formulazione integrale, differenziale, discontinua. Teorema del trasporto di Reynolds. Conservazione della massa. Bilancio della quantità di moto. Tensore degli sforzi. Azioni dinamiche, Metodo indiretto. Teorema di Kutta-Joukowsky. Conservazione dell’energia. Bilancio di entropia. Relazioni fenomenologiche. Teorema di Crocco-Busemann. Teorema di Bernoulli generalizzato, forma debole e forma forte. Cinematica dei fluidi. Tensore gradiente di velocità. Atto di moto della particella elementare. Rappresentazione di Campi di moto. Circolazione della velocità e vorticità. Teoremi di Helmholtz e di Kelvin. Set completo di equazioni e condizioni al contorno. Adimensionalizzazione delle equazioni e numeri caratteristici. Equazioni dei moti stazionari non dissipativi. Moti potenziali incompressibili. Funzione potenziale e funzione di corrente. Equazione di Laplace e sovrapponibilità delle soluzioni. Soluzioni singolari e loro combinazione. Moto intorno al cilindro. Teoria dell’ala infinita. Piccole perturbazioni. Problema portante e non portante. Coefficienti aerodinamici. Centro di pressione e centro aerodinamico. Equazione generale del potenziale. Linearizzazione e similitudini subsonica e supersonica. Aerodinamica dei profili supersonici. Onde d'urto normali. Onde d'urto normali in un gas più che perfetto. Onde d'urto oblique. Onde di espansione e Espansione di Prandtl-Meyer. Profilo a diamante, soluzione lineare e soluzione urto-espansione. Moti viscosi, teoria dello Strato Limite e equazioni di Prandtl, soluzioni esterne e interne. Coefficiente d’attrito e calcolo della resistenza. Soluzioni simili. Separazione dello strato limite. Teoria dell’ala finita e resistenza indotta. Coefficienti aerodinamici per l’ala finita, l’ala ellittica. Moti isentropici in condotti con area della sezione variabile. Condotto convergente-divergente, ugelli e diffusori. Portata e condizioni d'efflusso da un ugello convergente-divergente. Moto alla Fanno e moto alla Rayleigh in condotti a sezione costante.

    English

    Teaching language

    Italian

    Contents

    The fluids fundamental properties and physico-chemical characteristics. Elements of thermodynamics. Introduction to tensor calculus. Reminders of Hydrostatics. Balance equations in integral, differential and discontinuity forms. Fundamental theorems and equations of fluids kinematics and dynamics. Non-dimensional equations and characteristic numbers. Incompressible potential flows, the Laplace equation and its singular solutions. Airfoils and wings theories. Incompressible boundary layer theory. Compressible flows, isentropic relations, the General Potential Equation. Theory of Characteristics Lines. Prandtl-Meyer theory. Linearized theory for compressible potential flows, similitude theory. Theory of discontinuities, shock waves, interaction of discontinuities. The shock-expansion theory for supersonic airfoils. Flows in duct with variable section area, diffusers and nozzles. Rayleigh and Fanno flows in constant area duct.

    Textbook and course materials

    1)Notes provided by the Teacher
    2) John D. Anderson: Fundamental of Aerodynamics. McGraw-Hill
    3) John D. Anderson: Modern Compressible Flows . McGraw-Hill

    Course objectives

    Aims of this course is to give a first level preparation to the student on fundamentals physics and mathematical modelling of fluid flow dynamics such as he should be able to undertake and to solve real problems of Aerodynamics for steady subsonic e supersonic regimes.

    Prerequisites

    Mathematical Analysis, Algebra and Geometry, Physics.

    Teaching methods

    Traditional Lectures

    Evaluation methods

    Oral Examination

    Course Syllabus

    The fluids fundamental properties and physico-chemical characteristics. Elements of thermodynamics. Introduction to tensor calculus. Reminders of Hydrostatics. Balance equations in integral, differential and discontinuity forms. Fundamental theorems and equations of fluids kinematics and dynamics. Non-dimensional equations and characteristic numbers. Incompressible potential flows, the Laplace equation and its singular solutions. Airfoils and wings theories. Incompressible boundary layer theory. Compressible flows, isentropic relations, the General Potential Equation. Theory of Characteristics Lines. Prandtl-Meyer theory. Linearized theory for compressible potential flows, similitude theory. Theory of discontinuities, shock waves, interaction of discontinuities. The shock-expansion theory for supersonic airfoils. Flows in duct with variable section area, diffusers and nozzles. Rayleigh and Fanno flows in constant area duct.

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