ITALIANO

Metodi numerici per la risoluzione delle equazioni di governo della trasmissione del calore e della termofluidodinamica:
Tecniche di discretizzazione spaziale e temporale dei flussi convettivi e diffusivi.
Trasmissione del calore per convezione in regime turbolento.
Modellazione matematica e numerica di flussi multifase: Scambio termico convettivo con mezzi porosi, nanofluidi e materiale a cambiamento di fase (PCM).
Modellazione matematica e numerica del problema dell’irraggiamento in flussi convettivi con nanoparticelle assorbenti.
Esempi di codici “home-made” per la soluzione numerica di flussi convettivi incomprimibili. Esercitazioni numeriche con l’utilizzo di codici commerciali ai volumi finiti e agli elementi finiti.

Dispense del docente.

Il corso si propone di fornire agli studenti del corso di laurea magistrale in ingegneria meccanica una panoramica delle diverse tecniche di modellazione numerica delle equazioni di bilancio che governano i vari meccanismi di trasmissione del calore.

Fisica Tecnica

Didattica tradizionale. Lezioni frontali ed esercitazioni numeriche.

L'esame prevede la realizzazione di un elaborato a gruppi su un problema di trasmissione del calore. L’elaborato verrà discusso durante la prova orale.

Richiami delle equazioni di bilancio che governano i meccanismi della trasmissione del calore. Conduzione, convezione (naturale e forzata), irraggiamento. Formulazioni integrale e differenziali delle equazioni di energia e del trasporto di massa. Condizioni al contorno ed iniziali. Panoramica sulle metodologie numeriche per la risoluzione delle equazioni differenziali della trasmissione del calore e della termofluidodinamica: Metodi ai volumi Finiti (FDM), Metodi agli elementi Finiti (FEM), Metodi alle differenze finite (FDM).
Rappresentazione alle differenze finite delle equazioni differenziali. Caso studio: equazione della conduzione monodimensionale in regime transitorio.
Il metodo dei Volumi Finiti per flussi incomprimibili: Griglie Cartesiane/strutturate e Griglie non strutturate.
Modellazione matematica e numerica dei flussi multifase: Trasmissione del calore per convezione in mezzi porosi, Scambio termico convettivo con nanofluidi, Scambio termico convettivo con materiale a cambiamento di fase (PCM).
Modellazione matematica e numerica del problema dell’irraggiamento in flussi convettivi con nanoparticelle assorbenti. Esempi di codici “home-made” per la risoluzione delle equazioni di bilancio nelle variabili conservative, funzione di corrente e vorticità, di flussi convettivi incompressibili 2D con e senza mezzi porosi. Esercitazioni numeriche con l’utilizzo di codici commerciali ai volumi finiti e agli elementi finiti.

Italian

Numerical methods in heat transfer problems.
Spatial and temporal discretization schemes. Spatial discretization schemes of convective and diffusive fluxes. Convective heat transfer in turbulent flow.
Mathematical and numerical models of multiphases flow: convective heat transfer in porous media, nanofluids and phase change materials (PCM).
Mathematical and numerical models of radiative heat transfer problem. Radiative and convective heat transfer in nanofluid flow.Numerical solution of 2-D incompressible laminar flow: Homemade code in the stream function vorticity formulation. Numerical solutions of heat and mass transfer problems by using commercial codes based on the finite volume method (FVM) and the element finite method (FEM).

Lecture notes

The aim of the course is to provide the students of the master’s degree course in Mechanical Engineering an overview of the different techniques used to numerically solve the governing equations of fluid flow and heat transfer.

Thermodinamics

Traditional. Frontal lessons, numerical exercises.

The final exam consists of a numerical thermal project developed by students organized in groups and an interview.

Recall of the governing equations for fluid flow, mass and heat transfer. Heat transfer by conduction, convection (natural and forced) and radiation. Integral and differential forms of the governing equations. Boundary and initial conditions. Overview of numerical methodologies for solving the differential equations of heat transfer and thermal fluid dynamics: Finite Volume Methods (FDM), Finite Element Methods (FEM), Finite Difference Methods (FDM).
Application of the finite difference method to the heat conduction problem. Case study: one-dimensional conduction equation in transient regime.
The Finite Volume Method for incompressible flows: Cartesian/structured grids and unstructured grids.
Mathematical and numerical models of multiphases flow: convective heat transfer in porous media, nanofluids and phase change materials (PCM).
Mathematical and numerical models of radiative heat transfer problem. Radiative and convective heat transfer in nanofluid flow.
Numerical solution of 2-D incompressible laminar flow: Homemade code in the stream function vorticity formulation. Numerical solutions of heat and mass transfer problems by using commercial codes based on the finite volume method (FVM) and the elemen method (FEM).