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;

nessuno

corso propedeutico alla Laurea Magistrale in Ingegneria Nucleare

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.

Modulo di: Termodinamica applicata, trasmissione del calore e meccanica dei fluidi

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.

Modulo di Principi Meccanici

Parte I – Principi di teoria dell’elasticità

1. Geometria delle Masse: baricentro, momento statico, momento d'inerzia e nocciolo d'inerzia.
2. Spostamenti e deformazioni di un continuo in campo lineare: campo di spostamento, tensore delle componenti di deformazione in coordinate cartesiane, cilindriche e sferiche. Congruenza della deformazione.
3. Stato di tensione di un continuo: definizione di tensione in un punto (componenti normali e tangenziali); tensore delle componenti di tensione; tensore principale e direzioni principali; equazioni di equilibrio di un volume infinitesimo in coordinate cartesiane, cilindriche e sferiche.
4. Equazione costitutiva di un continuo elastico lineare. Relazioni tra componenti di tensione e deformazione. Criterio di crisi di un materiale elastico (Criteri di Tresca e Von Mises)
5. Il principio dei lavori virtuali.

 Parte II – Teoria dell’elasticità applicata alle travi e a semplici strutture assialsimmetriche

1. Sforzo normale; flessione semplice; taglio e torsione: determinazione dello stato di sollecitazione e deformazione
2. Equazioni di equilibrio, costitutive e di congruenza di una trave isostatica. Diagrammi del momento e del taglio. Determinazione della linea elastica.
3. Travi iperstatiche: soluzione con il metodo di Muller-Breslau
4. Criteri di resistenza: diagramma tensione-deformazione; classificazione dei materiali. Verifiche di sicurezza.
5. Il problema della stabilità dell'equilibrio elastico. Definizione di carico critico; formula di Eulero.
6. Tensioni membranali in strutture assialsimmetriche soggette a pressione

Parte III - Applicazioni ed Esercitazioni

Le esercitazioni riguarderanno applicazioni pratiche dei vari argomenti trattati.

materiale didattico reso disponibile dai docenti durante il corso

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orale

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