Scheda programma d'esame
FLUID DYNAMICS OF PROPULSION SYSTEMS II
LUCA D'AGOSTINO
Anno accademico2018/19
CdSINGEGNERIA AEROSPAZIALE
Codice753II
CFU6
PeriodoSecondo semestre
LinguaInglese

ModuliSettoreTipoOreDocente/i
FLUID DYNAMICS OF PROPULSION SYSTEMS IIING-IND/07LEZIONI60
LUCA D'AGOSTINO unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Coprire i principali argomenti più avanzati delle discipline termofluidodinamiche necessari per comprendere il funzionamento dei sistemi di propulsione chimici a razzo oggetto del successivo corso di Rocket Propulsion e affrontare i problemi principali della loro concezione, analisi, progettazione, integrazione e uso.

Knowledge

Covering the main more advanced topics of thermal-fluid disciplines necessary for the students to better understand the operation of chemical rocket propulsion systems, which are the subject of the subsequent Rocket Propulsion course, and tackle the main problems of their conception, analysis, design, integration and use.

Modalità di verifica delle conoscenze

Esame dello studente consistente nella illustrazione, discussione ed applicazione degli argomenti trattati nelle lezioni.

L'esame ha lo scopo di verificare il grado di comprensione degli argomenti del corso e la capacità di utilizzarlo per sviluppare soluzioni originali.

Assessment criteria of knowledge

Student examination, consisting in the illustration, discussion and application of the topics dealt with in the lectures.

The examination is intended to verify the degree of understanding of the course topics and the ability to use it to develop original solutions.

Capacità

Alla fine del corso lo studente dovrà essere in grado di:

  • Formulare, discutere e risolvere problemi tecnici ed ingegneristici inerenti la termofluidodinamica dei propulsori aerospaziali a propellenti chimici applicando le conoscenze ed i metodi illustrati nel corso.
  • Ideare e risolvere modelli originali per l'analisi e lo studio di problemi ingegneristici inerenti il programma del corso utilizzando in modo originale e creativo gli approcci illustrati nelle lezioni.
Skills

At the end of the course the student must be able to:

  • Formulate, discuss and solve technical and engineering problems related to the thermo-fluid dynamics of chemical propellant aerospace engines operating using the knowledge and methods illustrated in the course.
  • Devise and solve original models for the analysis and study of engineering problems related to the course program, using in an original and creative way the approaches illustrated in the lessons.
Modalità di verifica delle capacità

Esame dello studente, consistente nella soluzione (scritta o sulla lavagna) di uno o più problemi relativi al programma del corso. L'uso del materiale distribuito dal docente durante il corso è consentito, salvo diversa indicazione al momento dell'assegnazione del problema.

Assessment criteria of skills

Student examination consisting in the solution (either written or on the blackboard) of one or more problems concerning the course program. The use of the material distributed by the instructor during the course is permitted, unless otherwise indicated at the assignement of the problem.

Comportamenti

Lo studente deve dimostrare di saper lavorare in collaborazione e di comportarsi lealmente e rispettosamente nei confronti del docente, del personale universitario, dei suoi colleghi ed in generale dell'Università nel suo complesso.

Behaviors

The student must demonstrate that he/she is able to work collaboratively and to behave loyally and respectfully towards his/her teacher, the university staff, his/her colleagues and in general the University as a whole.

Modalità di verifica dei comportamenti

Interazione diretta con lo studente durante le lezioni, le esercitazioni e gli esami.

Assessment criteria of behaviors

Direct interaction with the student during lessons, recitations and exams.

Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Tutti i contenuti di:

  • i corsi della laurea triennale in ingegneria aerospaziale ed in particolare quelli del corsi di Termodinamica Applicata, Fisica II, Elettronica,  Fluidodinamica e Motori per Aeromobili;
  • del corso di Fluids Dynamics of Propulsion Systems I del primo anno della laurea magistrale in ingegneria aerospaziale.

Più in generale i fondamenti di:

Scienze Termofluidodinamiche:

  • termodinamica applicata, trasferimento di calore (conduzione, convezione, radiazione)
  • meccanica dei fluidi, aerodinamica, dinamica dei gas

Fisica e Meccanica:

  • meccanica, acustica, termodinamica, elettromagnetismo, ottica
  • meccanica analitica (cinematica, statica, dinamica)
  • meccanica della struttura e dinamica

Matematica applicata:

  • analisi di calcolo, serie, ODE, PDE, geometria, vettoriale e tensoriale
  • calcolo complesso, ODE, funzioni speciali, EVP e BVP
  • analisi numerica, equazioni multiple non lineari, integrazione, ODE, PDE
  • programmazione per computer, BASIC, FORTRAN, C, MathLab, MathCad, ecc.

Tecnologie di produzione

Propulsione aeronautica:

  • cicli, motori, turbomacchine, parametri di funzionamento, requisiti, applicazioni
Prerequisites

 

All the topics of:

  • the courses of three-year degree in aerospace engineering and in particular those of the courses of Applied Thermodynamics, Physics II, Electronics, Fluid Dynamics and Aircraft Engines;
  • the course of Fluids Dynamics of Propulsion Systems I of the first year of the master's degree in aerospace engineering.

 

All the topics of the three-year degree courses in aerospace engineering and in particular those of the courses of Applied Thermodynamics, Physics II and Electronics of the second year, Fluid Dynamics and Motors for Aircraft of the third year.

More generally, the fundamentals of:

Thermal-Fluid Sciences:

  • applied thermodynamics, heat transfer (conduction, convection, radiation)
  • fluid mechanics, aerodynamics, gas dynamics

Physics and Mechanics:

  • mechanics, acoustics, thermodynamics, electromagnetism, optics
  • analytical mechanics (kinematics, statics, dynamics)
  • structure mechanics and dynamics

Applied Mathematics:

  • calculus, series, ODE’s, PDE’s, geometry, vector and tensor analysis
  • complex calculus, ODE’s, special functions, EVP’s and BVP’s
  • numerical analysis, multiple nonlinear equations, integration, ODE’s, PDE’s
  • computer programming, BASIC, FORTRAN, C, MathLab, MathCad, etc.

Manufacturing Technologies

Aircraft Propulsion:

  • cycles, engines, turbomachines, operation parameters, requirements, applications
Corequisiti

Conoscenza della lingua inglese parlata e scritta. 

Capacità di lavorare in gruppo.

Co-requisites

Knowledge of spoken and written English.

Ability to work in a group.

Indicazioni metodologiche
  • Le lezioni frontali vengono svolte con l'ausilio di trasparenze.
  • Il materiale didattico utilizzato a lezione è messo a disposizione degli studenti tramite il sito elearning.
  • Il sito elearning è utilizzato per le comunicazioni agli studenti e la gestione degli esami.
  • Il ricevimento settimanale è accessibile agli studenti senza prenotazione.
  • Gli esercizi del corso sono analoghi a quelli proposti all'esame, sono corredati dalla soluzione per consentirne la verifica, e consistono dello svolgimento indipendente di problemi applicativi degli argomenti trattati. 
Teaching methods
  • Lectures are carried out with the help of transparencies.
  • The teaching material used in class is made available to students via the elearning site.
  • The elearning site is used for student communications and exam management.
  • The weekly reception is accessible to students without reservation.
  • The exercises of the course are similar to those proposed at the exam. They are accompanied by the solution to allow for verification, and consist of the independent development of application problems on the topics covered by the lectures.
Programma (contenuti dell'insegnamento)

Funzioni speciali.Equazioni Differenziali Ordinarie (EDO) quasi-lineari di primo e secondo ordine e loro soluzione, integrali impropri. Le funzioni Gamma, Bessel e Legendre. Problemi ai Valori al Contorno (PVC) omogenei di Sturn-Liouville del 2° ordine: autovettori, autofunzioni e ortogonalità. PVC di Sturn-Liouville non omogenei.

Acustica.Equazione delle onde. Intensità e potenza acustiche. Onde armoniche planari e sferiche. Monopoli, dipoli e quadrupoli. Generazione/attenuazione acustica da sorgenti, forze e rilascio di calore distribuiti. Interazioni onda-superficie. Onde stazionarie. Guide d'onda. Dissipatori acustici.

Idrodinamica. Flussi idrodinamici quasi-1D in condotti: velocità del suono, flussi costanti, oscillazioni acustiche, colpi d'ariete.

Trasferimento di calore. Conduzione: equazione del calore, reti termiche stazionarie, problemi stazionari 1D e quasi-1D; conduzione 1D non stazionaria, ablazione. Convezione: meccanismi, traspirazione e raffreddamento ad iniezione da fessure e fori. Radiazione: generalità, radiazione termica, proprietà radianti dei materiali, reti radiative in cavità con/senza mezzo di trasmissione, radiazione di fiamme.

Flussi viscosi laminari. Flussi sviluppati in tubi, flussi di taglio, flussi intorno a cilindri e sfere. Flussi incomprimibili quasi paralleli: strati limite cinematici e termici, parametri ed equazioni integrali, strati limite planari e assialsimmetrici; getti; scie e flussi di taglio. Flussi comprimibili quasi paralleli: strati limite planari e assialsimmetrici, flussi di ristagno, teoria newtoniana dei flussi ad alta velocità.

Stabilità fluidodinamica e transizione turbolenta. Effetti dinamici non lineari, stabilità lineare di flussi paralleli, equazioni di Reynolds e Orr-Sommerfeld. Transizione turbolenta: sviluppo, dipendenza parametrica e previsione.

Flussi turbolenti. Descrizione del flusso turbolento incomprimibile, equazioni e analisi; energia cinetica turbolenta. Strati limite planari e assialsimmetrici. Flussi in condotti; getti e scie liberi. Modelli di turbolenza. Strati limite comprimibili.

Elementi di combustione e flussi chimicamente reagenti. Trasferimento di massa. Equazioni di conservazione per flussi chimicamente reagenti. Fiamme laminari, premiscelate e diffusive. Evaporazione e combustione di goccie. Fiamme turbolente.

Flussi bifase e cavitazione. Conservazione e equazioni costitutive. Flussi con polveri e con nebbia. Cambiamenti di fase, ebollizione e cavitazione, nucleazione e dinamica delle bolle. Forme di cavitazione e parametri di similitudine. Flusso liquido/gas, liquido/gas/vapore e liquido/vapore. Effetti termici. Simulazione di flussi cavitanti.

Bibliografia e materiale didattico

Riferimenti

Dispense del docente.

I riferimenti bibliografici consigliati per l'approfondimento dei principali argomenti trattati nel corso sono:

Anderson J. D. Jr., 1990, “Modern Compressible Flow with Historical Perspective”, McGraw-Hill (dinamica del gas 1D, onde lineari e non lineari).

Brennen C. E., 1995, “Cavitation and Bubble Dynamics”, Oxford University Press (flussi bifase, idrodinamica 1D, cavitazione).

Callen H.B., 1985, “Thermodynamics and an Introduction to Thermostatitstics”, John Wiley & Sons (termodinamica avanzata)

Currie I. G., 1993, “Fundamental Mechanics of Fluids”, McGraw-Hill (equazioni fluidodinamiche, flussi ideali)

Eckert & Drake, 1972, “Analysis of Heat and Mass Transfer”, MacGraw Hill Inc. (conduzione del calore, convezione e irraggiamento).

Turns, S.R., 1996, “An Introduction to Combustion”,  McGraw Hill (termochimica, cinetica chimica, flussi che reagiscono chimicamente ed elementi di combustione)

Vincenti W.G. & Kruger C.H., 1986, “Physical Gas Dynamics”, Krieger Publ. Co., Malabar, FL, USA (cinetica dei gas).

White F.E., 1974, "Viscous Fluid Flow", McGraw Hill (flussi viscosi laminari, stabilità fluidodinamica e transizione turbolenta, flussi turbolenti).

Bibliography

References

Instructor hand-outs.

The bibliographic references recommended for the further study of the main topics covered in the course are:

Anderson J. D. Jr., 1990, “Modern Compressible Flow with Historical Perspective”, McGraw-Hill (1D gas dynamics, linear and nonlinear waves).

Brennen C. E., 1995, “Cavitation and Bubble Dynamics”, Oxford University Press, (two-phase flows, 1D hydrodynamics, cavitation).

Callen H.B., 1985, “Thermodynamics and an Introduction to Thermostatitstics”, John Wiley & Sons (advanced thermodynamics)

Currie I. G., 1993, “Fundamental Mechanics of Fluids”, McGraw-Hill, (fluid dynamic equations, ideal flows)

Eckert & Drake, 1972, “Analysis of Heat and Mass Transfer”, MacGraw Hill Inc. (heat conduction, convection and radiation).

Turns, S.R., 1996, “An Introduction to Combustion”,  McGraw Hill, (termochemistry, chemical kinetics, chemically reacting flows and elements of combustion)

Vincenti W.G. & Kruger C.H., 1986, “Physical Gas Dynamics”, Krieger Publ. Co., Malabar, FL, USA (gas kinetics).

White F.E., 1974, “Viscous Fluid Flow”, McGraw Hill (laminar viscous flows, fluid dynamic stability and turbulent transition, turbulent flows)

Indicazioni per non frequentanti

Si consiglia di integrare lo studio con lo svolgimento degli esercizi proposti, reperibili su e-learn.

I contenuti del corso sono ogni anno in parte rielaborati. Si consiglia di tenersi aggiornati sulle ultime versioni dei documenti a supporto delle lezioni tramite e-learn e consultando il docente.

Non-attending students info

It is advisable to integrate the study with the performance of the proposed exercises, available on e-learn.

The contents of the course are partly re-elaborated each year. It is advisable to keep up-to-date on the latest versions of the documents supporting the lessons through e-learn and consulting the instructor.

Modalità d'esame

Esame dello studente consistente in:

  • Illustrazione e discussione degli argomenti trattati nel corso.
  • La soluzione (scritta o sulla lavagna) di uno o più problemi relativi al programma del corso.

L'uso del materiale distribuito dal docente durante il corso è consentito, salvo diversa indicazione al momento dell'assegnazione del problema.

L'esame ha lo scopo di verificare il grado di comprensione degli argomenti del corso e la capacità di utilizzarlo per sviluppare soluzioni originali.

Assessment methods

Student examination consisting of:

  • Illustration and discussion of the topics covered in the course.
  • The solution (written or on the blackboard) of one or more problems related to the course program.

The use of the material distributed by the teacher during the course is allowed, unless otherwise specified when assigning the problem.

The exam aims to verify the degree of understanding of the course topics and the ability to use it to develop original solutions.

Stage e tirocini

Gli studenti sono incoraggiati a trascorrere un periodo di studio all'estero, in particolare per la preparazione della tesi.

Work placement

Students are encouraged to spend a period of study abroad, in particular for the preparation of their thesis.

Pagina web del corso

https://elearn.ing.unipi.it

Ultimo aggiornamento 14/09/2018 17:16