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Luca MONTORSI
Professore Ordinario
Dipartimento di Scienze e Metodi dell'Ingegneria
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Insegnamento: Multi Physics Flow Modelling
Digital Automation Engineering (Offerta formativa 2023)
Obiettivi formativi
Il corso si propone di introdurre allo studente le competenze di base necessarie per la modellazione del flusso dei fluidi e del trasferimento di calore in processi e componenti industriali. Il corso tiene conto delle diverse applicazioni nell'industria di processo e nella progettazione di componenti e descrive la metodologia numerica richiesta per eseguire la simulazione del flusso di fluidi e dei fenomeni di scambio termico. Il corso fornisce conoscenze di base sulle tecniche di meshing, approccio alla turbolenza, flussi comprimibili e multifase e metodologie multi-fisiche per la soluzione di applicazioni industriali.
(1) Conoscenza e capacità di comprensione. Conoscenza e comprensione delle principali metodologie per la simulazione numerica basata su un approccio a CFD per l'analisi dei sistemi idraulici industriali. Conoscenza e comprensione delle principali metodologie per la simulazione numerica basata su un approccio multidimensionale (multifase e multicomponente) per l'analisi di sistemi idraulici industriali. Conoscenza e comprensione delle procedure per la progettazione di sistemi idraulici industriali integrando le metodologie riesaminate a lezione.
(2) Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Utilizzo delle competenze apprese in fase di progettazione di componenti idraulici attraverso la simulazione fluidodinamica.
(3) Autonomia di giudizio. Gli studenti saranno in grado di effettuare valutazioni autonome sui diversi approcci progettuali per lo sviluppo fluidodinamico di un componente o di un sistema e valutarne gli aspetti positivi e quelli da migliorare.
(4) Abilità comunicative. La presentazione orale del progetto finale mira a migliorare le capacità comunicative, di sintesi e di presentazione del proprio lavoro. La presentazione orale del progetto finale mira a migliorare le capacità comunicative, di sintesi e di presentazione del proprio lavoro.
(5) Capacità di apprendimento. Capacità di apprendimento permanente attraverso il confronto di diverse fonti e metodi ingegneristici e l'acquisizione di senso critico.
Prerequisiti
Conoscenza di base di Termofluidodinamica
Programma del corso
Il programma prevede sia una parte teorica che una parte pratica per lo sviluppo dei seguenti argomenti:
1. Meshing: Metodologie per la creazione di un dominio computazionale di geometrie complesse (0.5 ECTS)
2. Turbolenza: Approcci numerici per la modellazione di flussi turbolenti. (1 ECTS)
3. Flussi comprimibili: Approcci numerici per la simulazione di flussi comprimibili. (1 ECTS)
4. Flussi multifase: Descrizione di modelli numerici per la simulazione di flussi con presenza di più fasi (gassosi – liquida – solida). (1.5 ECTS)
5. Multi physics: Approcci numerici per l’integrazione nella simulazione termofluidodinamica di altri fenomeni fisici (flussi reattivi, interazione fluido-struttura, campi elettromagnetici). (2 ECTS)
Metodi didattici
Il corso prevede lezioni teoriche ed esercitazioni pratiche dedicate alla soluzione di casi applicativi industriali. Circa il 50% del corso è composto da lezioni teoriche in aula, mentre il restante 50% circa è composto da attività di laboratorio.
Più in dettaglio:
- la modalità di erogazione del corso è tipicamente in presenza, ma potrà variare a seguito di situazioni contingenti legate alla pandemia Covid-19.
- la frequenza dell’insegnamento è facoltativa, ma fortemente consigliata, soprattutto per approfittare del supporto che verrà fornito per lo sviluppo delle attività laboratoriali di gruppo.
- le strategie didattiche prevedono l’uso di lezioni teoriche al fine di migliorare le conoscenze e le capacità di comprensione degli studenti, nonché l’applicazione stessa delle conoscenze ottenute. Prevedono inoltre attività laboratoriali da affrontarsi in gruppo, assieme al docente e al suo team di ricerca, al fine di migliorare le abilità di giudizio e comunicative degli studenti, nonché le capacità di interazione reciproca.
- l'insegnamento è erogato in lingua inglese.
Testi di riferimento
Le slide utilizzate durante il corso, le registrazioni video sia della parte teorica che di laboratorio, e gli esercizi svolti in laboratorio assieme alle loro soluzioni saranno resi disponibili sulla piattaforma dolly dedicata al corso.
Gli studenti potranno approfondire i contenuti del corso attraverso i seguenti testi di studio consigliati:
- H K Versteeg and W Malalasekera - An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method – Ed. Pearson
Verifica dell'apprendimento
- Modalità di valutazione.
La valutazione è svolta sulla base della discussione di una tesina in cui ogni candidato deve sviluppare autonomamente un progetto mediante il Software di simulazione CFD STAR-CCM+. La tesina è assegnata durante il corso e il risultato del lavoro svolto deve essere presentato da parte di ciascun studente durante l’esame (in aula o in modalità on-line a seconda dell'evoluzione della pandemia Covid-19. Non è prevista una prova intermedia.
- Tempi. Il tempo previsto per la presentazione della tesina è di 30 minuti a cui segue un periodo per le domande sul lavoro svolto da parte del docente.
- Modalità di attribuzione del punteggio per il voto finale: media aritmetica della valutazione della qualità del lavoro svolto per la tesina, della esposizione della tesina e delle risposte fornite. Il voto finale viene notificato direttamente alla fine della discussione del progetto.
Saranno stabilite otto date di appello nel corso dell'anno accademico per la presentazione e discussione della tesina. Gli studenti dovranno iscriversi agli appelli attraverso la piattaforma ESSE3 Non sono previse prove intermedie.
- Materiali utili per sostenere la prova e consentiti durante la stessa.
La presentazione del lavoro svolto per la tesina può essere fatta usando il proprio computer portatile. Durante l'esame non è ammesso l'uso di nessun materiale informativo
Risultati attesi
RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI.
Il corso fornisce conoscenze avanzate di simulazione di flussi che integrano diversi fenomeni fisici e delle metodologie per applicare tali conoscenze a casi applicativi reali.
I risultati formativi attesi alla fine del corso, seguendo i descrittori di Dublino, sono i seguenti:
(1) Conoscenza e capacità di comprensione. Conoscenza e comprensione delle principali metodologie di simulazione numerica CDF dei sistemi idraulici industriali. Conoscenza e comprensione delle principali metodologie di simulazione numerica multidimensionale (multifase e multicomponente) dei sistemi idraulici industriali. Conoscenza e comprensione delle procedure per la progettazione di componenti e sistemi idraulici mediante l’integrazione delle tecniche di simulazione e sperimentazione affrontate nel corso.
(2) Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Attraverso l’utilizzo delle conoscenze e capacità di comprensione. Utilizzo delle competenze apprese nella fase di preparazione dell’attività progettuale di componenti idraulici mediante la simulazione fluidodinamica.
(3) Autonomia di giudizio. Gli studenti saranno in grado di fare valutazione autonome sui diversi approcci progettuali per lo sviluppo fluidodinamico di un componente o sistema e valutarne gli aspetti positivi e quelli da migliorare.
(4) Abilità comunicative. L’esposizione orale del progetto finale rappresenta un metodo per migliorare la propria capacità di comunicazione, sintesi ed esposizione di una idea progettuale.
(5) Capacità di apprendimento. Capacità di apprendimento permanente attraverso il confronto di diverse fonti e metodi ingegneristici e l'acquisizione di un senso critico.