ECTS - University of Pisa
Elementi di Termodinamica applicata, trasmissione del calore e meccanica dei fluidi applicati agli impianti nucleari di potenza
Elements of Applied Thermodynamics, heat transfer, and fluid mechanics applied to nuclear power plants
esame orale
oral examination
la verifica sarà centrata sul raggiungimente delle conoscenze minime necessarie per accedere alla laurea magistrale in Ingegneria Nucleare
the final verification will be on the required basic knowledge necessary for starting the following Master Degree in Nuclear Engineering
L'esame consiste in una prova orale, ossia in un colloquio tra il candidato e il docente anche in forma di domanda/risposta, sui vari argomenti trattati nel corso.
final examination
Il corso introduce gli aspetti di termodinamica e trasmissione del calore applicati a problemi di interesse alla tecnologia degli impianti nucleari.
In aggiunta a questa parte, verranno trattati gli elementi di meccanica dei fluidi utili per la soluzione di problemi di moto di un fluido all’interno di un circuito idraulico.
In this module, the main aspects related to thermal-hydraulics and heat transfer phenomena applied to the nuclear power plants technology.
Furthermore, elements of fluid mechanics for the solution of problems related to the fluid flow inside a hydraulic circuit will be discussed.
esame orale
oral examination
Dai corsi di Matematica:
Derivate totali e parziali, semplici equazioni differenziali.
Dai corsi di Fisica:
Concetti di forza, lavoro e potenza, statica dei corpi rigidi, conservazione dell’energia meccanica;
from Mathematics courses: simple differential equations
from Physics courses: force, work and power concepts, mechanic energy conservation
Il corso ha una impostazione di tipo prevalentemente propedeutica ai successivi studi in ingegneria nucleare; le relative esercitazioni, sia pure sotto forma di brevi richiami, sono strettamente integrate nella teoria in modo che gli argomenti trovino immediata applicazione.
Per quanto materialmente possibile, si cercherà di integrare l’attività in aula con lezioni fuori sede e seminari di esperti esterni.
The course is substantially a propedeutic one for the following II level course in Nuclear Energy. Lessons will be the classical frontal ones, with numerical applications of the different theories.
Introduzione
Gli impianti nucleari ad acqua leggera ed i loro principali componenti. La conversione di energia da fissione e fusione in energia elettrica. Cenni alle altre tipologie di reattori nucleari.
Parte I – Termodinamica applicata
Prima legge della termodinamica, proprietà termodinamiche delle sostanze pure, diagrammi di stato (in particolare dell’acqua), modello di gas ideale e di gas reale. Analisi basata sul volume di controllo di un sistema termodinamico mediante l’uso delle equazioni di bilancio dell’energia e della massa: applicazione a differenti componenti di un impianto nucleare.
Equazione di Eulero e cenni a pompe centrifughe e turbine a gas e vapore.
La seconda legge della termodinamica.
Cicli termodinamici: sistemi con turbine a gas, sistemi con turbine a vapore, cicli ideali vs. cicli reali, semplice applicazione per la valutazione del rendimento termodinamico di un tipico impianto nucleare refrigerato ad acqua.
Parte II – Concetti di trasmissione del calore ed applicazioni
Richiami sui modi di scambio termico: conduzione, irraggiamento e convezione, concetto di resistenza termica.
Generazione del calore da fissione nucleare: reazione di fissione e differenti contributi alla generazione del calore, densità di potenza, potenza termica volumetrica, potenza termica lineare. Analisi della trasmissione del calore in una barretta di combustibile di un reattore nucleare di tipo PWR: configurazione della barretta di combustibile e dell’elemento di combustibile, proprietà termiche del combustibile nucleare, distribuzione radiale ed assiale della temperatura nella barretta di combustibile e nel refrigerante.
Scambiatori di calore: definizione dei termini relativi agli scambiatori di calore, equazioni di bilancio ed equazione di scambio termico, analisi degli scambiatori a tubi e mantello.
Esempi di condensatori e generatori di vapore impiegati negli impianti nucleari.
Parte III – Meccanica dei fluidi
Fondamenti di flusso monofase. Flusso di fluido viscoso ed incomprimibile: flusso in tubazioni, turbolenza e numero di Reynolds, perdite di carico, equazione di Bernoulli generalizzata, fattore di attrito, diagramma di Moody, semplici applicazioni a problemi di interesse per gli impianti nucleari.
Il docente userà il software MATLAB come ausilio per lo svolgimento dei problemi risolti in classe.
Introduction
Part I - Applied Thermo-dynamics
Part II - Basics on Heat Transfer
Part III - Fluid Mechanics
MATLAB software for the class works
materiale didattico reso disponibile dai docenti durante il corso sul sito di e.learning del Dipartimento di Fisica (prof. Paci)
primi 3 capitoli del manuale: Sandro Paci, "Introduzione ai sistemi nucleari", Pisa University Press.
Material didattico del Prof. Forgione
didactic materials will be made available during the course on the e.learning site of the Physics Department (prof. Paci)
first 3 chapters of the manual: Sandro Paci, "Introduzione ai sistemi nucleari", Pisa University Press.
Didactic material of Prof. Forgione
contattare i docenti via e-mail
please contact the professors by e-mail
L'esame consiste in una prova orale, ossia in un colloquio tra il candidato e il docente anche in forma di domanda/risposta, sui vari argomenti trattati nel corso.
The exam consists of an interview. During the test, the student is invited to discuss one or more topics that he has independently developed as an in-depth study of the topics covered during the course.
