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Stefano FONTANESI
Professore Associato
Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari"
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Insegnamento: Design and Modelling of High Performance Combustion Systems
Advanced Automotive Engineering (Offerta formativa 2023)
Obiettivi formativi
Conoscere e comprendere le linee guida fondamentali per la progettazione di un moderno powertrain ad alte prestazioni. Analizzare in dettaglio gli aspetti termofluidodinamici e termomeccanici coinvolti nello sviluppo del powertrain.
Elaborare in modo originale e autonomo e applicare conoscenze multidisciplinari alla progettazione della camera di combustione, del pistone e della testata del motore (condotti di aspirazione e scarico) dei motori a combustione interna.
Sviluppare la capacità di operare all'interno di un team di progetto, pianificando e gestendo le attività necessarie per ottenere risultati tecnici efficaci.
Prerequisiti
Fluidodinamica, termodinamica, trasferimento di calore, analisi numerica, motori a combustione interna, meccanica, analisi delle tensioni.
Programma del corso
Aspetti termo-fluidodinamici (6 CFU):
- Flussi all'interno del cilindro (teoria e modellazione): influenza della geometria e delle scelte di modellazione.
- Formazione della miscela: fisica e modellazione dei getti, meccanismi coinvolti, progettazione del sistema di iniezione, concetti innovativi di miscelamento.
- Teoria e modellazione dell'accensione comandata, della combustione e del fenomeno della detonazione: influenza dei parametri di progettazione e dei parametri operativi. Nuovi combustibili per i motori a combustione interna.
- Meccanismi di trasferimento di calore nei sistemi powertrain e analisi termica del powertrain.
- Celle a combustibile (teoria e modellazione).
Aspetti termo-meccanici (6 CFU):
- Analisi e progettazione termo-meccanica dei componenti del motore: biella, albero motore, pistone, testata del motore, carter motore, guarnizione del motore (2,5 CFU).
- Modellazione di fenomeni non lineari: contatti, plasticità (leggi di incrudimento) (1,5 CFU).
- Fatica termica a basso ciclo (1 CFU).
- Analisi strutturale di rotori per motori elettrici (1 CFU).
Metodi didattici
Il corso include: lezioni di teoria con l'ausilio di sistemi multimediali. Il materiale didattico viene caricato prima/dopo ogni lezione su una piattaforma dedicata; attività di formazione e laboratorio utilizzando software commerciali ampiamente adottati nel contesto industriale; seminari tecnici tenuti da specialisti e visite educative presso aziende locali.
La teoria verrà insegnata in modalità di lezione in presenza e, se necessario, registrata e conservata online. Le lezioni di laboratorio "pratiche sul software" saranno interamente svolte in presenza (eventualmente consentendo la registrazione video per motivi di archiviazione). Le lezioni di laboratorio e i test si baseranno su macchine virtuali e installazioni locali del software utilizzato, accedendo a licenze remote fornite dai docenti.
Testi di riferimento
Teacher's notes and presentations are sufficient for attending the course.
In the following some books of interest:
- Hoag, Kevin, “Vehicular Engine Design”, Springer;
- Richard Van Basshuysen, Fred Schaefer, “Internal Combustion Engine Handbook, 2nd English Edition”, SAE International;
- John Manning, “Internal Combustion Engine Design”, Ricardo;
- Versteeg H K , Malalasekera W “Introduction To Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method” (Longman, 1995);
- Greenshields C.J., Weller H.G., "Notes on Computational Fluid Dynamics - General Principles" (CFD Direct, 2022)
- Baumgarten C., “Mixture Formation in Internal Combustion Engines” (Springer, 2006);
Peters N., “Turbulent Combustion” (CUP, 2004);
- Software manuals.
Verifica dell'apprendimento
L'esame si considera superato se le due parti (fluidodicamica e meccanica) vengono superate (esito maggiore o uguale a 18). Il voto finale viene calcolato come media aritmentica delle singole due parti. Se si raggiunge la votazione di 30/30 in entrambe le parti, il voto finale sarà 30/30 e lode.
Fluidodinamica:
- test preliminare per la valutazione delle conoscenze dei metodi e strumenti numerici;
- test scritto/orale per la valutazione delle conoscenze degli aspetti teorici.
Meccanica:
- esame scritto che consiste di una prova pratica di modellazioni agli Elementi Finiti seguita da domande di teoria.
Sia i test che gli esami orali possono essere somministrati sia di persona che a distanza, a seconda dell'evoluzione della situazione COVID-19.
Risultati attesi
Conoscenza e comprensione: attraverso lezioni e seminari tecnici tenuti da specialisti, gli studenti imparano i metodi e le tecniche di progettazione ingegneristica dei componenti del motore e sviluppano la capacità di elaborare e attuare idee originali, anche in contesti di ricerca e sviluppo.
Applicazione della conoscenza e comprensione: attraverso esercitazioni pratiche e attività di laboratorio legate all'ingegneria assistita dal computer (FEM e CFD), gli studenti imparano come applicare le conoscenze acquisite, anche in nuovi e sconosciuti campi multidisciplinari.
Competenze comunicative: attraverso il lavoro di gruppo e le discussioni con il docente, gli studenti sviluppano la capacità di comunicare in modo critico, utilizzando in particolare il linguaggio tecnico dell'ingegneria, informazioni tecniche, idee, problemi e soluzioni sia a specialisti che a non specialisti.
Competenze di apprendimento: le attività descritte permettono agli studenti di sviluppare le competenze necessarie per approfondire autonomamente argomenti tecnici, al fine di affrontare in modo efficace sfide professionali o intraprendere ulteriori studi