Conoscenza e capacità di comprensione
L'insegnamento si propone di fornire le basi teoriche e indicazioni pratiche, per poter affrontare, con consapevolezza, lo studio di problemi tipici dell’idrodinamica navale mediante simulazioni CFD (Computational Fluid Dynamics).

Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Le conoscenze acquisite consentiranno allo studente di prevedere, mediante il corretto utilizzo di tecniche CFD, il comportamento idrodinamico di carene ed eliche marine. Lo studente sarà capace di condurre analisi dettagliate del campo fluido e di studiare fenomeni particolari come quello della cavitazione. Inoltre, le conoscenze acquisite consentiranno allo studente di comprendere le specificità di diversi solutori CFD e di estendere e/o personalizzare le loro funzionalità.

Autonomia di giudizio
Le conoscenze acquisite permetteranno allo studente di affrontare in autonomia problemi diversi da quelli proposti in classe. L’autonomia di giudizio sarà sviluppata attraverso lo studio autonomo di un problema di idrodinamica navale, dove lo studente, dovrà impostare e condurre le simulazioni CFD, e valutare con senso critico l’accuratezza dei risultati ottenuti.

Abilità comunicative
Lo studente sarà messo in condizione di utilizzare terminologia e procedure della comunità scientifica e tecnologica di riferimento per questo corso, anche attraverso la presentazione del lavoro svolto nell’ambito dello studio autonomo di un problema di idrodinamica navale.

Capacità di apprendere
L'approccio metodologico adottato in questo corso consentirà allo studente di comprendere e approfondire le tematiche del corso in modo critico ed autonomo, anche tramite ricerca della letteratura esistente, di tipo tecnico e scientifico. Inoltre, fornirà allo studente la capacità di effettuare analisi CFD con software alternativi a quelli utilizzati in questo corso.

Sono suggerite le conoscenze di base di [381MI] - Resistenza e propulsione, acquisite al primo anno della laurea magistrale in Ingegneria Navale.

INTRODUZIONE ALLA CFD
Esempi di applicazioni CFD in ambito navale
Flusso di lavoro in ambito CFD
Rassegna dei principi generali della CFD

LEGGI DEL MOTO DEI FLUIDI
Conservazione della massa
Conservazione del momento
Conservazione dell’energia
Equazioni di Navier-Stokes per un fluido Newtoniano
Generica equazione di trasporto
Classificazione delle equazioni del moto dei fluidi

METODO DEI VOLUMI FINITI
Il processo di discretizzazione
Rassegna di aspetti (problemi) numerici
Griglie di calcolo
Schemi di interpolazione
Condizioni al contorno
Integrazione temporale
Tecniche per la soluzione dei sistemi di equazioni lineari
Accoppiamento pressione-velocità

MODELLI DI TURBOLENZA
Caratteristiche generali dei flussi turbolenti
Cenni sui modelli DES (Direct Numerical Simulation) e LES (Large Eddy Simulation).
Equazioni RANS (Reynolds-averaged Navier-Stokes equations)
Modelli di turbolenza RANS

SUPERFICIE LIBERA E CAVITAZIONE
Metodo VOF (Volume of Fluid Method)
Cenni sui modelli di cavitazione

ERRORI E INCERTEZZA IN CFD
Tipologie di errore
Principali fonti di incertezza
Verifica e validazione
Linee guida ITTC

[1] H. K. Versteeg and W. Malalasekera, An Introduction to COMPUTATIONAL FLUID
DYNAMICS – The Finite Volume Method, 2nd Edition, Pearson Education Limited, 2007.

[2] F. Moukalled, L. Mangani, M. Darwish, The Finite Volume Method in Computational Fluid Dynamics - An Advanced Introduction with OpenFOAM and Matlab, Springer International Publishing Switzerland 2016, DOI 10.1007/978-3-319-16874-6.

[3] C.J. Greenshields, H.G. Weller, Notes on Computational Fluid Dynamics: General Principles, CFD Direct Limited, 2022.

INTRODUZIONE ALLA CFD
Esempi di applicazioni CFD in ambito navale
Flusso di lavoro in ambito CFD
Rassegna dei principi generali della CFD

LEGGI DEL MOTO DEI FLUIDI
Conservazione della massa
Conservazione del momento
Conservazione dell’energia
Equazioni di Navier-Stokes per un fluido Newtoniano
Generica equazione di trasporto
Classificazione delle equazioni del moto dei fluidi

METODO DEI VOLUMI FINITI
Il processo di discretizzazione
Rassegna di aspetti (problemi) numerici
Griglie di calcolo
Schemi di interpolazione
Condizioni al contorno
Integrazione temporale
Tecniche per la soluzione dei sistemi di equazioni lineari
Accoppiamento pressione-velocità

MODELLI DI TURBOLENZA
Caratteristiche generali dei flussi turbolenti
Cenni sui modelli DES (Direct Numerical Simulation) e LES (Large Eddy Simulation).
Equazioni RANS (Reynolds-averaged Navier-Stokes equations)
Modelli di turbolenza RANS

SUPERFICIE LIBERA E CAVITAZIONE
Metodo VOF (Volume of Fluid Method)
Cenni sui modelli di cavitazione

ERRORI E INCERTEZZA IN CFD
Tipologie di errore
Principali fonti di incertezza
Verifica e validazione
Linee guida ITTC

Didattica frontale, corredata da seminari da parte di professionisti del settore.
Esercitazioni pratiche svolte in classe basate: i) sull’implementazione di programmi di calcolo; ii) sull’impiego di solutori CFD per problemi più complessi di idrodinamica navale.
Il materiale del corso è reso disponibile sulla piattaforma MOODLE2.

L’esame consiste in un colloquio orale basato su almeno tre domande, relative agli argomenti trattati nell'ambito del corso e alle esercitazioni svolte.

uesto insegnamento approfondisce argomenti strettamente connessi a uno o più obiettivi dell’Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile delle Nazioni Unite.