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MODELLISTICA DEI SISTEMI ENERGETICI E PROPULSIVI

Cesare PIANESE MODELLISTICA DEI SISTEMI ENERGETICI E PROPULSIVI

0622300005
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA INDUSTRIALE
CORSO DI LAUREA MAGISTRALE
INGEGNERIA MECCANICA
2024/2025



OBBLIGATORIO
ANNO CORSO 1
ANNO ORDINAMENTO 2018
SECONDO SEMESTRE
CFUOREATTIVITÀ
990LEZIONE
CESARE PIANESE T Curriculum
PIERPAOLO POLVERINO Curriculum
Obiettivi
L’OBIETTIVO DEL CORSO DI MODELLISTICA DEI SISTEMI ENERGETICI E PROPULSIVI È QUELLO DI STUDIARE ED ANALIZZARE DIVERSE TIPOLOGIE DI MODELLI MATEMATICI APPLICABILI ALLO STUDIO DELLE MACCHINE A FLUIDO E DEI SISTEMI ENERGETICI. IL CORSO, COLLOCATO AL II SEMESTRE DEL PRIMO ANNO DEL CORSO DI LAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA MECCANICA, È DI 9 CREDITI
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE
ALLA FINE DEL CORSO LO STUDENTE AVRÀ ACQUISITO CONOSCENZE SU:
-PROBLEMATICHE RELATIVE ALLA RAPPRESENTAZIONE MODELLISTICA DEI PRINCIPALI FENOMENI RELATIVI ALLE MACCHINE A FLUIDO ED AI SISTEMI ENERGETICI E PROPULSIVI;
-TECNICHE DI ANALISI DIMENSIONALE;
-PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEL FLUSSO 2D ATTORNO AD UN PROFILO, ATTRAVERSO I FLUSSI A POTENZIALE;
-MOTORI ALTERNATIVI A COMBUSTIONE INTERNA E RELATIVE PROBLEMATICHE APPLICATIVE;
-PROGETTAZIONE DEI MOTORI, RELATIVO ACCOPPIAMENTO CON I SISTEMI UTILIZZATORI, PROBLEMATICHE RELATIVE ALLA COMBUSTIONE, ALLA FORMAZIONE DELLE EMISSIONI INQUINANTI E DEI SISTEMI DI REGOLAZIONE E CONTROLLO;
-STRUMENTI PER SVILUPPARE SEMPLICI MODELLI MATEMATICI IN AMBIENTE MATLAB PER IL PROGETTO ED IL CONTROLLO DI MACCHINE ED IMPIANTI MOTORI TERMICI, IMPIEGANDO TECNICHE DI IDENTIFICAZIONE PER REALIZZARE IL MIGLIOR COMPROMESSO TRA PRECISIONE E GENERALIZZABILITÀ;
-CRITERI DI SCELTA PER LA REALIZZAZIONE DI MODELLI IN SCALA E PER L’APPLICAZIONE DELLE LEGGI DELLA SIMILITUDINE MECCANICA;
-METODOLOGIE DI CALCOLO PER IL DIMENSIONAMENTO DEI MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA SIA IN REGIME STAZIONARIO CHE TRANSITORIO.
CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE
ALLA FINE DEL CORSO LO STUDENTE SARÀ IN GRADO DI:
-APPLICARE METODOLOGIE AVANZATE DI CALCOLO FINALIZZATE ALLA PROGETTAZIONE DEI SISTEMI DI REGOLAZIONE E CONTROLLO;
-ANALIZZARE DIVERSI MODELLI MATEMATICI E SCEGLIERE IL TIPO DI MODELLO ADATTO ALLE VARIE APPLICAZIONI, IN TERMINI DI PRECISIONE, GENERALIZZABILITÀ ED IMPEGNO DI CALCOLO;
-ANALIZZARE PROBLEMI INERENTI ALLA PROGETTAZIONE E ALLA REGOLAZIONE DEI MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA PER APPLICAZIONI DI PROPULSIONE TERRESTRE;
-INDIVIDUARE I METODI PIÙ APPROPRIATI PER LA VALUTAZIONE QUANTITATIVA DELLE PRESTAZIONI DEI MOTORI ANCHE IN RELAZIONE ALLE APPLICAZIONI;
-SVILUPPARE PROCEDURE DI OTTIMIZZAZIONE MODEL-BASED PER IL CORRETTO DIMENSIONAMENTO E LA GESTIONE ENERGETICA OTTIMALE DI MACCHINE E IMPIANTI MOTORI TERMICI.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO
SAPER SCEGLIERE ED IMPLEMENTARE MODELLI DI CALCOLO APPROPRIATI PER L’ANALISI DI DATI E LA RISOLUZIONE DI PROBLEMI COMPLESSI RELATIVI ALLE MACCHINE A FLUIDO, AI SISTEMI ENERGETICI ED AI SISTEMI DI PROPULSIONE.
ABILITÀ COMUNICATIVE
SAPER PRESENTARE I MODELLI DI CALCOLO SELEZIONATI PER LA RISOLUZIONE DI UN PROBLEMA INGEGNERISTICO RELATIVO ALLE TEMATICHE DEL CORSO, ILLUSTRANDO L’ANALISI SVOLTA, LE IPOTESI ALLA BASE DEI MODELLI E I VANTAGGI DERIVANTI DALL’USO DEL MODELLO IN AMBITO INDUSTRIALE E/O PROFESSIONALE. SAPER ESPORRE I PROCEDIMENTI ED I RISULTATI OTTENUTI, SIA IN FORMA ORALE CHE SCRITTA, FACENDO RICORSO AD UNA TERMINOLOGIA TECNICA ADEGUATA.
CAPACITÀ DI APPRENDERE (LEARNING SKILLS)
SAPER APPLICARE LE CONOSCENZE ACQUISITE IN CONTESTI DIFFERENTI DA QUELLI PRESENTATI DURANTE IL CORSO ED APPROFONDIRE GLI ARGOMENTI TRATTATI USANDO MATERIALI DIVERSI DA QUELLI PROPOSTI
Prerequisiti
PER IL PROFICUO RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI PREFISSATI SONO RICHIESTE CONOSCENZE APPROFONDITE DI TERMODINAMICA, MECCANICA APPLICATA, MACCHINE A FLUIDO E SISTEMI ENERGETICI OLTRE A NOZIONI DI BASE PER LA PROGRAMMAZIONE AL CALCOLATORE.
Contenuti
1.CICLO LIMITE E REALE DEI MCI (16 ORE DI LEZIONE; 6 ORE DI ESERCITAZIONE)
1.1.RICHIAMI SUI CICLI TERMODINAMICI DI RIFERIMENTO DEI MCI. IL CICLO LIMITE ED IL CICLO REALE DEI MOTORI A 4 TEMPI ED A 2 TEMPI (AD ACCENSIONE COMANDATA E DIESEL). INTRODUZIONE AL CICLO LIMITE ED IPOTESI DI RIFERIMENTO. RICHIAMI DI TERMOCHIMICA. PROPRIETÀ DELLE MISCELE DI GAS REALI INCOMBUSTI E COMBUSTI. GENERALITÀ SULLA COMBUSTIONE NEI M.C.I. [1], [6]
1.2.REAZIONE DI COMBUSTIONE STECHIOMETRICA COMPLETA. RAPPORTO DI MISCELA STECHIOMETRICO. PRIMO PRINCIPIO PER REAZIONI DI COMBUSTIONE. [1]
1.3.ENTALPIE DI FORMAZIONE. CALORE DI REAZIONE. RENDIMENTO DI COMBUSTIONE. REAZIONI DI COMBUSTIONE (EQUILIBRIO CHIMICO, CINETICA CHIMICA, CONGELAMENTO). [1], [6]
1.4.II PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA PER REAZIONI DI COMBUSTIONE. EQUILIBRIO CHIMICO E COSTANTI, EFFETTI DELLA TEMPERATURA. TEMPERATURA ADIABATICA DI FIAMMA. COSTANTI DI EQUILIBRIO. EQUILIBRIO AD ELEVATA TEMPERATURA (COMBUSTIONE A 10 SPECIE) E TEMPERATURA INTERMEDIA (6 SPECIE). [1]
1.5.CINETICA CHIMICA. PROPRIETÀ TERMODINAMICHE. MODELLO DI CALCOLO PER LA COMPOSIZIONE DELLA MISCELA A BASSA TEMPERATURA (6 SPECIE) E ALTA TEMPERATURA (10 SPECIE). COMBUSTIONE REALE. [1], [3]
1.6.MODELLI DI CALCOLO DELLE PROPRIETÀ E USO NELLA SIMULAZIONE DEI CICLI LIMITE E A DUE ZONE. [3]
2.PROCESSI DI ASPIRAZIONE E SCARICO (24 ORE DI LEZIONE, 2 ORE DI ESERCITAZIONE)
2.1.IL COEFFICIENTE DI RIEMPIMENTO PER MOTORI A 4 E 2 TEMPI. INFLUENZA DEI FATTORI GEOMETRICI, RAPPORTO DI COMPRESSIONE. EFFETTI QUASI STATICI E DINAMICI. RICAMBIO DELLA CARICA, PERDITE DI CARICO E DIPENDENZA DEL COEFFICIENTE DI RIEMPIMENTO VOLUMETRICO DAL REGIME DI ROTAZIONE. [2], [1]
2.2.IL MOTO VARIO NEI CONDOTTI DI ASPIRAZIONE E DI SCARICO, EFFETTI D'ONDA ED INERZIALI. PROGETTAZIONE DEI SISTEMI DI ASPIRAZIONE E SCARICO. MODELLI IBRIDI CON INTEGRAZIONE DI APPROCCI WHITE-BOX (1-D CONDOTTI), GREY-BOX (COMBUSTIONE E PERDITE DI CARICO). DESCRIZIONE MODELLI 1-D, CONFRONTO RISULTATI CALCOLATI E SPERIMENTALI PER UN MOTORE 4 CILINDRI AC. [2], [1]
2.3.MOTORI A 2T, APPLICAZIONI. CARATTERISTICHE E PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO. DISTRIBUZIONE, FASATURA E DISPOSIZIONE DELLE LUCI. COEFFICIENTE DI RIEMPIMENTO, COEFFICIENTE E RENDIMENTO DI LAVAGGIO. DIAGRAMMA INDICATO. SISTEMI DI AMMISSIONE A LAMELLE E A DISCO ROTANTE. [2], [1]
2.4.SOVRALIMENTAZIONE A COMANDO MECCANICO, CON TURBOCOMPRESSORE E TURBOCOMPOUND. SOVRALIMENTAZIONE AD IMPULSI ED A PRESSIONE COSTANTE, IDEALE E REALE. PARAMETRI RIDOTTI E MAPPE DI FUNZIONAMENTO PER TURBINE E COMPRESSORI DINAMICI. SOLUZIONE DEL PROBLEMA DI ACCOPPIAMENTO MOTORE TURBOSOVRALIMENTATORE. COMPRESSORI VOLUMETRICI ED A ONDE DI PRESSIONE. [2], [1]
3.COMBUSTIONE NEI MOTORI (8 ORE DI LEZIONE)
3.1.COMBUSTIONE PREMISCELATA E DIFFUSIVA. IL MOTO DELLA CARICA ALL’INTERNO DEL CILINDRO. CENNI SULLA TURBOLENZA E SUGLI SPRAY. VELOCITÀ DI REAZIONE, VELOCITÀ DI COMBUSTIONE LAMINARE E TURBOLENTA. AUTOACCENSIONE E INNESCO. LEGGE DI RILASCIO DEL CALORE PER COMBUSTIONI PREMISCELATE E DIFFUSIVE. [1], [2], [7]
3.2.DESCRIZIONE DEI SISTEMI DI ALIMENTAZIONE (INIEZIONE INDIRETTA E DIRETTA) E RELATIVE PROBLEMATICHE DI CONTROLLO DEI MOTORI. [2]
4.INQUINAMENTO E CONTROLLO DELLE EMISSIONI (6 ORE DI LEZIONE)
4.1.INTRODUZIONE E PANORAMICA EMISSIONI PRIMARIE, ANALISI EMISSIONI DI CO, ANALISI MECCANISMI E DIPENDENZA DA CONDIZIONI OPERATIVE, ANALISI EMISSIONI DI HC, ANALISI MECCANISMI E DIPENDENZA DA CONDIZIONI OPERATIVE, ANALISI EMISSIONI DI NOX, ANALISI MECCANISMI E DIPENDENZA DA CONDIZIONI OPERATIVE, ANALISI EMISSIONI DI PARTICOLATO, ANALISI MECCANISMI E DIPENDENZA DA CONDIZIONI OPERATIVE. [1], [2], [7]
5.FLUSSO BIDIMENSIONALE (3 ORE DI LEZIONE)
5.1.ELEMENTI DI FLUSSO BIDIMENSIONALE NELLE TURBOMACCHINE E RELATIVA FLUIDODINAMICA, FUNZIONI DI FLUSSO E CORRENTE, PROFILI E TERMINOLOGIA, COEFFICIENTI DI PORTANZA E RESISTENZA, DIPENDENZE DALL'ANGOLO DI INCIDENZA, CAMPI DI FLUSSO ELEMENTARI E SOVRAPPOSIZIONE, TEOREMA DI KUTTA-JUKOWSKI, EFFETTO DEI NUMERI DI REYNOLDS E MACH, SCHIERE DI PROFILI, SOLIDITÀ, PORTANZA IN UNA SCHIERA, CORRELAZIONE TRA PROFILO SINGOLO E SCHIERA. [5]
6.SIMILITUDINE ED ANALISI DIMENSIONALE (3 ORE DI LEZIONE)
6.1.SIMILITUDINE NELLE MACCHINE, TEORIA DELLA SIMILITUDINE, TEOREMA DI BUCKINGHAM, CURVE CARATTERISTICHE COMPRESSORI, NUMERO DI GIRI SPECIFICO, PARAMETRI RIDOTTI. [5]
7.ELEMENTI DI MODELLISTICA (8 ORE DI LEZIONE)
7.1.INTRODUZIONE ALL'APPROCCIO MODELLISTICO, PROCEDURA DI SVILUPPO DI UN MODELLO, CLASSIFICAZIONE, CRITERI DI VALUTAZIONE, MODELLAZIONE DIRETTA ED INVERSA, ANALISI PARAMETRICA E DI SENSITIVITÀ, OTTIMIZZAZIONE, LIMITI DEI MODELLI, STIMA DEI PARAMETRI (A BLOCCHI E RICORSIVA), INTERPOLAZIONE ED APPROSSIMAZIONE, REGRESSIONI POLINOMIALI E LINEARI MULTIPLE, INTERVALLI DI CONFIDENZA DEI PARAMETRI E DELLE STIME, ERRORI DI ACCURATEZZA E GENERALIZZABILITÀ FUNZIONE DEL GRADO POLINOMIALE, REGRESSIONE STEPWISE, METODI DI OTTIMIZZAZIONE: CLASSIFICAZIONE, ERRORI DI ARROTONDAMENTO E TRONCAMENTO, GRADIENTE ED HESSIANO, OTTIMIZZAZIONE VINCOLATA, MOLTIPLICATORI DI LAGRANGE, PENALIZZAZIONE, LAGRANGIANA AUMENTATA, METODI DI NEWTON, CONFRONTO TRA METODI. [5]
8.APPLICAZIONI DELLA MODELLISTICA (14 ORE DI ESERCITAZIONE)
8.1.INTRODUZIONE ALL'USO DI MATLAB, FUNZIONI POLYFIT E POLYVAL, FUNZIONI INTERP1 E POLYDER, FUNZIONE REGRESS, CALCOLO ERRORI DI INCERTEZZA E GENERALIZZABILITÀ, DERIVATA E RADICI POLINOMI, ESERCITAZIONE MODELLO POLINOMIALE NOX, REGRESSIONE LINEARE MULTIPLA: METODO DI SCELTA REGRESSIONE OTTIMALE, ESEMPIO CONSUMO SPECIFICO, INTEGRAZIONE NUMERICA: USO DI ODE, ESEMPIO RISOLUZIONE EQUAZIONI DI LOKTA-VOLTERRA, ESERCIZIO IMPIANTO DI POMPAGGIO CON INTEGRAZIONE NUMERICA, RICERCA MINIMI E ZERI: FUNZIONI FMINBND, FMINSEARCH ED FMINCON, IMPOSTAZIONE PROBLEMA VINCOLATO, IDENTIFICAZIONE PARAMETRICA, OTTIMIZZAZIONE IMPIANTO DI POMPAGGIO CON PENALTY FUNCTION ED OTTIMIZZAZIONE VINCOLATA, CALCOLO CICLO JOULE IDEALE E RAPPRESENTAZIONE SU PIANO (T,S) CON INTEGRAZIONE TRAPEZOIDALE, IDENTIFICAZIONE PARAMETRICA CON INTEGRAZIONE NUMERICA. [4], [5].
Metodi Didattici
L’INSEGNAMENTO CONTEMPLA LEZIONI TEORICHE (60 H), ESERCITAZIONI IN AULA (30 H), CON USO INDIVIDUALE DEL COMPUTER. IL CORSO È ORGANIZZATO COME RIPORTATO DI SEGUITO:
-LEZIONI IN AULA SU TUTTI GLI ARGOMENTI DEL CORSO;
-ESERCITAZIONI NEL LABORATORIO “DIDATTICA E INFORMATICA DI BASE” DEL DIPARTIMENTI DI INGEGNERIA DELL’INFORMAZIONE ED ELETTRICA E MATEMATICA APPLICATA. LA PARTE ESERCITATIVA PREVEDE LO SVOLGIMENTO DI ESEMPI DI CALCOLO RELATIVI AI VARI ARGOMENTI TRATTATI, CON L’IMPLEMENTAZIONE IN AMBIENTE MATLAB-SIMULINK.
Verifica dell'apprendimento
IL LIVELLO DI RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI DELL’INSEGNAMENTO E CERTIFICATO MEDIANTE IL SUPERAMENTO DI UN ESAME CON VALUTAZIONE IN TRENTESIMI. LA VERIFICA PREVEDE UNA PROVA NUMERICA SCRITTA, CON USO DI COMPUTER ED INCLUSIVA DI DOMANDE TEORICHE, SUPERATA LA QUALE LO STUDENTE POTRÀ SOSTENERE LA PROVA ORALE.
LA PROVA NUMERICA, DELLA DURATA DI 2 ORE, CONSISTE NELLA RISOLUZIONE DI UN PROBLEMA ANALOGO A QUELLI RISOLTI DURANTE LE ORE DI ESERCITAZIONE E RESI DISPONIBILI SUL SITO WEB DELL’INSEGNAMENTO. LA PROVA INCLUDE ALTRESÌ 4 DOMANDE DI TEORIA. IL PUNTEGGIO È ESPRESSO IN UNA SCALA DA A (VOTO MASSIMO) A D (VOTO MINIMO) PER L’AMMISSIONE.
LA PROVA ORALE, CHE CONSISTE IN UNA DISCUSSIONE DELLA DURATA NON SUPERIORE A CIRCA 40 MINUTI, È TESA AD APPROFONDIRE IL LIVELLO DELLE CONOSCENZE TEORICHE, L’AUTONOMIA DI ANALISI E GIUDIZIO, NONCHÉ LE CAPACITÀ ESPOSITIVE DELL’ALLIEVO. IN PARTICOLARE, SONO POSTE DOMANDE SU MODELLISTICA DELLE MACCHINE A FLUIDO E DEI SISTEMI ENERGETICI E PROPULSIVI, FUNZIONAMENTO ED APPLICAZIONE DEI MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA, TIPOLOGIA E METODI DI RIDUZIONE DELLE EMISSIONI.
IL VOTO FINALE SCATURISCE, GENERALMENTE, DALLA MEDIA DELLE DUE PROVE. LA VALUTAZIONE DELLE PROVE TIENE CONTO DELLA CAPACITÀ DI INDIVIDUARE I MODELLI PIÙ APPROPRIATI PER L’ANALISI E LA RISOLUZIONE DI PROBLEMI INERENTI LE MACCHINE A FLUIDO ED I SISTEMI ENERGETICI E PROPULSIVI, DELLA CAPACITÀ DI ESPORRE IN MODO CHIARO E SINTETICO GLI OBIETTIVI, IL PROCEDIMENTO ED I RISULTATI DELLE ELABORAZIONI ESEGUITE, NONCHÉ DELLA CAPACITÀ DI APPROFONDIRE GLI ARGOMENTI TRATTATI CON RIFERIMENTO ANCHE A MATERIALI DIVERSI DA QUELLI PROPOSTI.
IL LIVELLO DI VALUTAZIONE MINIMO (18/30) È ATTRIBUITO QUANDO LO STUDENTE DIMOSTRA INCERTEZZE NELLA SCELTA DEI MODELLI IN FUNZIONE DEI DATI A DISPOSIZIONE E DEGLI OBIETTIVI MODELLISTICI, HA UNA LIMITATA CONOSCENZA DEI PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO DEI SISTEMI STUDIATI E UNA SCARSA CAPACITÀ ESPOSITIVA.
IL LIVELLO MASSIMO (30/30) È ATTRIBUITO QUANDO LO STUDENTE DIMOSTRA UNA CONOSCENZA COMPLETA ED APPROFONDITA DEI MODELLI E DEI PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO E DIMOSTRA DI AVERE PADRONANZA DELLE METODOLOGIE E DELLE SOLUZIONI STUDIATE, OLTRE A MOSTRARE CAPACITÀ DI ANALISI INERENTI PROBLEMATICHE DI NATURA TECNICO-ENERGETICA E DI SINTESI RELATIVAMENTE ALLE SOLUZIONI TROVATE.
L’EVENTUALE LODE È ATTRIBUITA QUANDO IL CANDIDATO DIMOSTRA SIGNIFICATIVA PADRONANZA DEI CONTENUTI TEORICI ED OPERATIVI E MOSTRA DI SAPER PRESENTARE GLI ARGOMENTI CON NOTEVOLE PROPRIETÀ DI LINGUAGGIO E CAPACITÀ DI ELABORAZIONE AUTONOMA ANCHE IN CONTESTI DIVERSI DA QUELLI PROPOSTI DAL DOCENTE.
Testi
G. RIZZO, SUPPORTI DIDATTICI MULTIMEDIALI AL CORSO DI MACCHINE, CD-ROM, CUES 2001.
R. DELLA VOLPE, M. MIGLIACCIO, MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA PER AUTOTRAZIONE, LIGUORI, 1995.
G. FERRARI, MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA, IL CAPITELLO, TORINO.
C. R. FERGUSON, INTERNAL COMBUSTION ENGINES, JOHN WILEY, NEW YORK.
J. B. HEYWOOD, INTERNAL COMBUSTION ENGINE FUNDAMENTALS, MCGRAW HILL, NEW YORK, 1988.
J. I. RAMOS, INTERNAL COMBUSTION ENGINE MODELING, HEMISPHERE P.C., 1989.
A. BECCARI, C. CAPUTO, MOTORI TERMICI VOLUMETRICI, UTET, TORINO.
O. ACTON, C. CAPUTO, INTRODUZIONE ALLO STUDIO DELLE MACCHINE, UTET, TORINO, 1979.
I. ARSIE, M. SORRENTINO, APPUNTI DI MATLAB, ELEARNING.DIMEC.UNISA.IT
Altre Informazioni
MATERIALE DIDATTICO, AGGIORNAMENTI ED ULTERIORI DETTAGLI SUL PROGRAMMA DISPONIBILI SUL SITO WEB HTTPS://ELEARNING.UNISA.IT
INSEGNAMENTO EROGATO IN LINGUA ITALIANA.
  BETA VERSION Fonte dati ESSE3 [Ultima Sincronizzazione: 2024-11-29]