Fisica Tecnica/Termodinamica

carnot

Nel seguito sono illustrati i contenuti delle lezioni a livello universitario di:

Termodinamica o Fisica Tecnica;
Trasmissione del calore;
Energetica.

Durante le lezioni verranno presi come riferimento i seguenti testi:

  • "ELEMENTI DI FISICA TECNICA PER L'INGEGNERIA" M. J. Moran -H. N. Shapiro - B. R. Munson - D. P. DeWitt, ed. McGraw-Hill;
  • "FONDAMENTI DI TERMODINAMICA- Note dalle lezioni di fisica tecnica" di P. Mazzei - R. Vanoli, ed. Liguori;
  • "TERMODINAMICA DEGLI STATI - Note dalle lezioni di fisica tecnica" di R. Mastrullo - P. Mazzei - R. Vanoli, ed. Liguori;
  • "FONDAMENTI DI ENERGETICA" di R. Mastrullo - P. Mazzei - R. Vanoli, ed. Liguori;
  • "APPLICAZIONI DI ENERGETICA" di M. d'Accadia - M. Sasso - S. Sibilio - R. Vanoli, ed. Liguori;
  • "FONDAMENTI DI TRASMISSIONE DEL CALORE - Volume primo" di R. Masrtrullo - P. Mazzei - V. Naso -  R. Vanoli, ed. Liguori;
  • "FONDAMENTI DI TRASMISSIONE DEL CALORE - Volume secondo" di R. Masrtrullo - P. Mazzei - V. Naso -  R. Vanoli, ed. Liguori;
  • TERMODINAMICA PER INGEGNERI - applicazioni" di R. Mastrullo - P. Mazzei - R. Vanoli, ed. Liguori;
  • "APPUNTI DALLE LEZIONI di FISICA TECNICA" Prof. M. Misale - Polo Ingegneria La Spezia;

 

Le lezioni sono comprensive di dimostrazioni, esercizi numerici applicativi, simulazioni al computer e risoluzione di prove d'esame.

Modulo Argomenti

SISTEMI CHIUSI

Prima legge della termodinamica

Postulato entropico

Trasformazioni reversibili ed irreversibili

Seconda legge per i sistemi isolati

Equazioni di Gibbs

Seconda legge della termodinamica per i sistemi chiusi

Cicli diretti e cicli inversi

Macchina e ciclo di Carnot

Rendimenti di prima e seconda legge

Esercitazioni 

TERMODINAMICA

DEGLI STATI

Curve caratteristiche e modelli termodinamici

Calori specifici a volume e pressione costante

Piani termodinamici: (p,v), (p,T), (T,s), (h,s)

Punto critico e punto triplo

Gas ideali e reali

Trasformazioni fondamentali

Liquido sottoraffreddato

Vapore e liquido saturo, vapore surriscaldato

Uso del diagramma di Mollier e delle tabelle del vapor d'acqua

Esercitazioni

SISTEMI APERTI

Equazione di conservazione della massa

Formulazione della I e II legge della termodinamica

Equazione dell'energia meccanica

Applicazione delle leggi di conservazione ai componenti: condotti, scambiatori, macchina termica e turbine, pompe e compressori, valvole.

Esercitazioni  

CICLI TERMODINAMICI DI BASE

Ciclo Rankine: Rendimento, lavoro utile, rigenerazione termica, surriscaldamenti ripetuti

Ciclo Joule: rendimento e lavoro utile in funzione del rapporto di compressione, rigenerazione termica, compressione interrefrigerata, ricombustione

Ciclo impianti frigoriferi e pompa di calore: COP, sottoraffreddamento, sottoraffreddamento

Esercitazioni 

ARIA UMIDA

Legge di Dalton

Entalpia specifica dell'aria secca e del vapor acqueo

Umidità specifica ed umidità relativa

Temperatura di rugiada

Diagramma psicrometrico di Mollier per l'aria umida

Temperature di: saturazione adiabatica, di bulbo asciutto e bulbo bagnato

Trasformazioni fondamentali: semplice raffreddamento e riscaldamento, mesclamento adiabatico, raffreddamento e deumidificazione, riscaldamento e umidificazione, umidificazione adiabatica

Esercitazioni

TRASMISSIONE DEL CALORE

La conduzione

Legge della conduzione di Fourier

Equazione fondamentale della trasmissione del calore per conduzione (in forma differenziale)

Condizioni al contorno

Parametri adimensionali: Numeri di Biot, Fourier, temperatura adimensionale

Regime stazionario monodimensionale: simmetria piana e cilindrica con e senza generazione

Resistenza e conduttanza termica

Regime non stazionario monmodimensionale

Metodo delle differenze finite per il calcolo del campo termico

Esercitazioni

 

TRASMISSIONE DEL CALORE

Irraggiamento

Legge dell'irraggiamento di Planck

Legge di Stefan-Boltzmann

Legge di Wien

Definizioni di base: potere emissivo, radiosità, irradiazione

Corpo nero

Caratteristiche radiative delle superfici

Fattori di configurazione

Scambio termico radiativo tra superfici piane parallele e indefinite

Schermi radiativi

Esercitazioni

TRASMISSIONE DEL CALORE

Convezione

Equazioni di continuità della massa, quantità di moto

Equazioni di Navier Stockes

Equazione dell'energia

Gruppi adimensionali per la convezione forzata: numeri di Reynolds, Prandtl, Eckert, Nusselt

Strato limite

Gruppi adimensionali per la convezione naturale: numeri di Grashof, Rayleigh

Relazioni empiriche per il calcolo della conduttanza convettiva unitaria media

Applicazioni numeriche mediante software agli elementi finiti (FEM)

Esercitazioni

 

SISTEMI ALETTATI

E

SCAMBIATORI DI CALORE 

 

 

Generalità sui sistemi alettati

Formulazione dell'equazione di bilancio termico e sua integrazione

Condizione limite all'impiego per un'aletta dritta

Il rendimento delle alette

Conduttanza globale per parete alettata

Risuluzione di semplici problemi alle differenze finite

Tipologia dei più comuni scambiatori di calore

Media logaritmica delle differenze di temperatura

Scambiatori in equicorrente e controcorrente

Equazione di bilancio termico

Efficienza di uno scambiatore, Net Termal Unit

Esercitazioni

ENERGETICA

 

 Concetti di base sull'analisi exergetica

Bilancio di exergia e teorema di Gouy-Stodola

Piano exergia-entalpia

Analisi exergetica di componenti

Analisi exergetica dei principali cicli diretti e inversi

Analisi exergetica di un ciclo operatore a vapore

Esercitazioni