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ANDREA CIMARELLI

Ricercatore t.d. art. 24 c. 3 lett. B
Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari"

Insegnamento: CFD Fundamentals and Aerodynamics

Advanced Automotive Engineering (D.M.270/04) (Offerta formativa 2022)

Obiettivi formativi

Nel corso in “CFD fundamentals and aerodynamics” vengono introdotti i fondamenti fisico-matematici dell’aerodinamica incomprimibile e le basi della fluidodinamica computazionale (CFD). Vengono esposti i principi fondamentali e le equazioni della fluidodinamica, descritti i meccanismi di generazione delle forze applicate sui corpi aerodinamici e tozzi e presentate alcune metodologie per la loro valutazione. Si applicano le nozioni apprese all’aerodinamica degli autoveicoli per uso privato e da competizione. Gli allievi acquisiscono una conoscenza di base dell’aerodinamica incomprimibile e alla fine del corso sono in grado di valutare le principali caratteristiche aerodinamiche e di affrontare gli aspetti fondamentali del progetto aerodinamico di un autoveicolo, inoltre conoscono le basi teoriche della fluidodinamica computazionale.

Prerequisiti

Calcolo vettoriale, analisi matematica, equazioni differenziali. Meccanica classica. Nozioni base di fluidodinamica.

Programma del corso

Principi fondamentali ed equazioni dell’aerodinamica incomprimibile (18h). Equazioni macroscopiche di bilancio della massa, quantità di moto, energia (8h). Turbolenza, Equazioni RANS (8h). Dinamica dei vortici (2h). Teoria dello strato limite (10h). Moto a potenziale (3h). Profili Alari (4h). Ali di dimensione finita (4h). Aerodinamica dei corpi tozzi (8h). Aerodinamica degli autoveicoli per il trasporto privato. Aerodinamica degli autoveicoli da competizione (14h). Gallerie del vento per scopi automobilistici (2h). Caratteristiche di un codice per fluidodinamica computazionale. Forma discreta delle equazioni differenziali di governo. Metodo ai Volumi Finiti. Griglie computazionali strutturate e non strutturate, griglie poliedriche, tetraedriche e esaedriche (4h). Classificazione degli errori. Studi di stabilità. Struttura di un codice computazionale (5h).

Metodi didattici

Gli studenti seguono le lezioni dove tutti gli argomenti del corso vengono presentati e discussi. Si prevedono seminari su argomenti specifici tenuti da esperti del campo. Gli appunti del corso sono a disposizione degli studenti sul sito web. Il docente incoraggia lo studio approfondito degli argomenti del corso su libri di testo specifici.

Testi di riferimento

1 J. D. Anderson. Fundamentals of Aerodynamics. Mc Graw-Hill, 4th edition, 2007.
2 G. Buresti. Elements of Fluid Dynamics. Imperial College Press, 2012.
3 W. H. Hucho, editor. Aerodynamics of Road Vehicles. SAE international, Warrendale USA, 4th edition, 1998.
4 R. H. Barnard. Road Vehicle Aerodynamic Design. MechAero Publishing, St. Albans, England, 2nd edition, 2001.
5 J. Katz. New Directions in Race Car Aerodynamics: designing for speed. Bentley Publishers, Cambridge, USA, 1995.
6 S. B. Pope. Turbulent flows. Cambridge University Press, New York, 2000.
7 C. A. J. Fletcher. Computational techniques for fluid dynamics, Vol. 1, 2nd edn, Springer, Berlin, 1991.
8 J. D. Anderson. Computational Fluid Dynamics - The basics with Applications. Mc Graw-Hill, 1995.
9 H. Versteeg and W. Malalasekera. An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method. Longman Scientific & Technical, 1995
10 E. Stalio. Lecture notes. Unpublished, 2018.

Verifica dell'apprendimento

Gli esami di “CFD Fundamentals and Aerodynamics” sono composti da una prova scritta a distanza e una prova orale in presenza (Giugno-Settembre 2021). Gli studenti possono richiedere di svolgere anche la parte orale dell’esame a distanza durante la procedura di iscrizione all’esame (Giugno-Settembre 2021).
Si tengono sette appelli di Aerodinamica all’anno. Non sono previste prove intermedie. La prova scritta viene normalmente fissata alle ore 9:00 del mattino. Viene assegnato un tempo di 30 minuti per rispondere ai 3 quesiti dello scritto (Giugno-Settembre 2021). Dopo lo scritto gli esaminatori procedono alla correzione dei compiti. Una volta conclusa la correzione vengono comunicati agli iscritti la lista degli studenti promossi all’orale, la sequenza degli orali con orario e docenti esaminatori.
Gli studenti che hanno svolto correttamente almeno 2 punti su 3 allo scritto vengono ammessi all’orale. L’esame orale è composto da due parti dove lo studente viene esaminato da due diversi membri della commissione. Ciascun esaminatore formula una proposta di voto per la prova orale e il voto finale è ottenuto dalla media aritmetica con arrotondamento in eccesso dei voti degli esaminatori. La valutazione non include la parte scritta.
Durante lo scritto è ammesso l’uso della calcolatrice (Giugno-Settembre 2021).

Risultati attesi

• Conoscenza dei principi fondamentali dell’aerodinamica incomprimibile e dell’aerodinamica dei corpi tozzi
• Capacità di condurre un’analisi qualitativa delle caratteristiche aerodinamiche di un’autovettura
• Capacità di individuare strategie per la diminuzione della resistenza aerodinamica di un’autovettura
• Capacità di individuare strategie per l’aumento della deportanza di un’autovettura
• Fondamenti di Fluidodinamica computazionale per l’aerodinamica incomprimibile