View syllabus
PRINCIPLES OF THERMAL SCIENCE FOR NUCLEAR ENGINEERING
FRANCESCO GALLENI
Academic year2022/23
CoursePHYSICS
Code815II
Credits6
PeriodSemester 1
LanguageItalian

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
PRINCIPI TERMICI I PER L'INGEGNERIA NUCLEAREING-IND/19LEZIONI48
FRANCESCO GALLENI unimap
SANDRO PACI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Elementi di Termodinamica applicata, trasmissione del calore e meccanica dei fluidi applicati agli impianti nucleari di potenza

 

Knowledge

Elements of Applied Thermodynamics, heat transfer, and fluid mechanics applied to nuclear power plants

Modalità di verifica delle conoscenze

esame orale

Assessment criteria of knowledge

oral examination

Capacità

la verifica sarà centrata sul raggiungimente delle conoscenze minime necessarie per accedere alla laurea magistrale in Ingegneria Nucleare 

Skills

the final verification will be on the required basic knowledge necessary for starting the following Master Degree in Nuclear Engineering 

Modalità di verifica delle capacità

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.

Assessment criteria of skills

final examination

Comportamenti

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.

 

Behaviors

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.

Modalità di verifica dei comportamenti

esame orale

Assessment criteria of behaviors

oral examination

Prerequisiti (conoscenze iniziali)

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;

Prerequisites

from Mathematics courses: simple differential equations

from Physics courses: force, work and power concepts, mechanic energy conservation

Indicazioni metodologiche

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.

Teaching methods

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.

Programma (contenuti dell'insegnamento)

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.

 

Syllabus

Introduction

Part I - Applied Thermo-dynamics

Part II - Basics on Heat Transfer

Part III - Fluid Mechanics

MATLAB software for the class works

Bibliografia e materiale didattico

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

Bibliography

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

Indicazioni per non frequentanti

contattare i docenti via e-mail

Non-attending students info

please contact the professors by e-mail

Modalità d'esame

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.

Assessment methods

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.  

Altri riferimenti web

YouNuclear web site

Additional web pages

YouNuclear web site

Updated: 29/07/2022 12:11