L’insegnamento fornisce allo studente gli elementi di base relativi all’impostazione teorica ed analitica della meccanica dei fluidi nel contesto generale della meccanica classica. Si approfondiscono i concetti di sforzo e velocità di deformazione. Si introducono le formulazioni differenziali e globali dei concetti di conservazione della massa e della quantità di moto. Partendo dallo schema di fluido ideale, si introduce il modello di moto viscoso e se ne discutono applicazioni ingegneristiche. L’allievo viene messo in grado di risolvere problemi tecnici relativi alla progettazione e verifica di impianti idraulici in regime stazionario. Si trattano gli aspetti fenomenologici di problemi relativi a flussi su corpi in questi immersi e i conseguenti processi di interazione tra fluidi e strutture. Spazio è inoltre dedicato all’analisi dei concetti di similitudine, fornendo elementi concettuali ed operativi delle tecniche di analisi dimensionale alla base della teoria dei modelli sperimentali.

Alla fine del percorso dell’insegnamento lo studente:

• ha conoscenze in merito agli aspetti fondamentali (teorici e applicativi) della Meccanica dei Fluidi;
• sa risolvere problemi di flusso interni ed esterni in condizioni di moto stazionario;
• sa programmare una campagna sperimentale in problemi inerenti alla meccanica dei fluidi;
• sa risolvere i principali problemi relativi alla interazione tra fluidi e strutture in condizioni statiche e dinamiche.

Richiami di meccanica del continuo: sistemi continui; proprietà fisiche dei fluidi; sforzi normali e tangenziali.

Cinematica ed equazioni fondamentali della dinamica dei fluidi: linee di corrente e traiettorie, tubo di flusso, equazioni indefinite e globali di bilancio di massa e dell’equilibrio dinamico.

Statica dei fluidi: concetto di pressione; modello di fluido in quiete ed equazione di equilibrio; spinte su superfici piane e curve.

Dinamica dei fluidi ideali: modello di fluido ideale; equazione di Eulero; teorema di Bernoulli; considerazioni energetiche. Correnti lineari. Applicazioni: efflussi, misure di velocità e di portata. Effetti della comprimibilità.

Dinamica dei fluidi viscosi e correnti in regime stazionario: Fluidi viscosi e modello di fluido Stokesiano, relazioni sforzi-deformazioni, equazione di Navier-Stokes, considerazioni energetiche. Soluzioni di moti viscosi laminari di fluidi incomprimibili: flusso stazionario tra lastre piane e in tubi cilindrici; profili di velocità; moti di lento scorrimento. Transizione moto laminare - turbolento, esperienza di Reynolds, caratteristiche generali dei flussi turbolenti. Equazioni di Reynolds. Modelli di turbolenza. Modellazione delle resistenze al moto in condotti lisci e scabri (Abaco di Moody). Impianti a flusso incomprimibile: concetto di linea dei carichi totali e piezometrica; condotte, serbatoi, macchine a fluido, pezzi speciali. Calcolo di un impianto a fluido.

Similitudine, analisi dimensionale e modelli. Analisi dimensionale. Teorema  P. Gruppi adimensionali significativi nella meccanica dei fluidi. Modelli sperimentali e similitudine.

Flussi su corpi immersi ed interazioni fluido-struttura: Generalità ed aspetti fenomenologici sullo strato limite, effetti del gradiente di pressione; cenni sulla separazione dello strato limite. Forze su corpi in movimento: generalità, concetti di Lift e Drag ed applicazioni.

• SDG6 - CLEAN WATER AND SANITATION
• SDG11 - SUSTAINABLE CITIES AND COMMUNITIES

Sono necessarie conoscenze elementari di analisi matematica, geometria e fisica, con particolare riferimento a calcolo differenziale e integrale, algebra delle matrici, calcolo vettoriale.

L’esame può essere superato presentandosi a uno degli appelli disponibili. La verifica dell’apprendimento consiste in una prova scritta composta da (a) una parte pratica e (b) una parte teorica. Per il superamento dell’esame è necessario avere una valutazione superiore o uguale a 18/30 per la parte pratica e 15/30 per la parte teorica. La verifica è così pesata: 50% parte (a) e 50% parte (b). Non ci sono penalità per valutazioni insufficienti purché maggiori o uguali a 10/30 (rimandato); con una valutazione inferiore a 10/30 non è consentito sostenere altri appelli nella stessa sessione (riprovato).

Nella parte pratica si richiede di risolvere due problemi volti ad accertare la capacità di:

• risolvere un problema di equilibrio statico di meccanica dei fluidi, determinare le spinte statiche e i relativi punti di applicazione, determinare distribuzioni di pressione;
• risolvere un problema dinamico in condizioni di flusso stazionario.

La parte (b) mira all’accertamento del grado di comprensione degli aspetti fondamentali dell’insegnamento.

Il testo è anche disponibile nella versione originale in inglese Y. A. Cengel, J.M. Cimbala, Fluid Mechanics Fundamentals and Applications , McGraw-Hill Education, 2013.