Tecnologia dei materiali metallici

Nel documento Ingegneria meccanica (pagine 54-63)

(Corsoridotto)

Sostituisce.per l'anno 199519(i.ilcorsointegrato"P55 75. Tecnologiadei materialiechimica app licata+Tecnologiadeimaterialimetallici"

Anno:pe riodo3:2 Lezioni,esercitaz ioni,laboratori:4+ l(ore settimanal i) Docenti:DonatoFirrao,Giorgio Scavino .

(collab.:Grazi anoUbertalli, GiovanniMaizza,Francesco Rosalbino,Carmelo Bael h

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Nell' am bito del corso sono dapprima sviluppati i principi fondamentali del comporta-mentodei metalli edelle leghe, in riferimento alle loro caratteristiche meccaniche ed all'influenzaeserc itatadacomposizionechimica,microstruttura,trattamenti termici e lavorazioni mec caniche. Vengono quindi dettagliatamente esaminate le principali clas sidi acciai,ed i trattamenti termici e termochimici atti aconferirele caratteristiche meccaniche richie ste ,le ghise,le leghe di alluminio e magnesiocon i relativi processi di rafforza mento. Infine vengono descritte le applicazionidei vari tipi di acciai e leghe di allumi nio , magnesio e rame fornendo le modalità di scelta dei materiali metalliciin basealla geometria del progettoed alle sollecitazioni in opera .

REQUISIT I

Chimica,Tecnologiadei materiali e chimica applicata ,Scienzadelle costruzioni.

PROGR A M MA

Presentazione del corso:argomenti trattati, impegno orario, difficoltàdella materia, moda lità d'es am e. [1ora]

Il legame metallico:caratteristichedel legame ed influenza sulle proprietà dei metall i.

Proprietà elettriche e magnetiche: [Iora]

I tipidi reticoli fondamentali:costruzione di strutture cubiche ed esagonali ,relazioni di simme tria nei vari reticoli,indicizzazione delle direzioni e dei piani cristallograficicon rel ativiesempi,pianie direzioni a maggiore impaccamento. [3 ore]

Lefasi metalliche:lacune ottaedriche e tetraedriche, soluzioni solide interstiziali, solu-zioni solide sostituzionali,soluzioni solide ordinate, trasformazioni ordine - disordine, fasi di Hume-Rothary, Laves e semi metalliche, carburi, fasi intermedie. Cenni di roentgenogra fiacon calcolo degli spettrogrammi. [4ore]

Difetti di punto,linea e volume:vacanze,divacanze e autointerstiziali. Dislocazioni : calco lo per la resistenzateorica di un monocristallo, tipi di dislocazioni,reticoli e cir-cuiti, vettore di Burgers, meccanismi di formazione e nucleazionedelle dislocazioni, cli m b di dislocazioni, sforzo di taglio critico risolto, i sistemi di scorrimento, l'inc ru dimen to , parte plastica della prova di trazione, condizioni di allungamento a carico massimo, prova di trazione per materiali a reticolo cubico corpo e facce centrato coneventuale prova pratica, slitta mento deviato, dislocazioni parziali di Shockley, energia dei difetti di impilamento,intersezione di dislocazioni, campo di tensioni asso-ciato ad una dislocazione,energia delle dislocazioni, interazione tra dislocazioni. [6ore]

Inve cc hiame nto degli acciai:atmosfere di Cottrell, acciai calmati ed effervescenti, influenza sull'invecchiamento. [2ore] ,

Fratt ur a dei materiali metallici: frattura duttile su monocristallo e su policristallo, influenza delle particelle e della matrice, frattura fragile,nucleazione e propagazione

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delle cricche, fattori influenzanti la frattura fragile, rottura per fatica,la prova di resi-lienza e di determinazione del K1ce del Jlecon loro significato. [3 ore]

Meccanismi di rafforzamento delle leghe: incrudimento,affinamento del grano, solu-zionesolida,precipitazione di secondafase. [2ore]

Acciai: da profondo stampaggio,proprietà e metodi di fabbricazione, prove pratiche di imbutibilità, acciai altoresistenziali , acciai bainitici;acciai a medio alto tenore di carbonio. [2 ore]

Trattamenti termici: recovery e ricristallizzazione,crescita dei grani, ricottura dei lin-gotti, ricottura completa e di globulizzazione,processidi ricottura, normalizzazione, trasformazioni allo stato solido attivate termicamente, trasformazione eutettoidica, parametriinfluenzanti ladistanzatra le lamelle,trasformazione martensitica con relativi meccanismi, trasformazione bainitica, rinvenimento degli acciai al carbonio e legati, fragilitàdi rinvenimento, diagrammiTIT e CCT per acciai al carbonio e legati. [6 ore]

Temprabilità: tensioni da tempra,curve ad U, mezzi raffreddanti, caratteristiche e difetti , diametro critico di barrotti temprati, diametro critico reale ed ideale, curve Jominy, determinazionesperimentale e teorica,diagrammi di Gerber e Wyss. [3 ore]

Gli acciai: acciai da bonifica, caratteristiche e proprietà, gli acciai da bonifica dell'unificazione italiana, gli acciai per utensili per lavorazioni a freddo e a caldo,acciai rapidie trattamenti termici,acciaial Ni,acciai per impieghi a basse temperature, leghe Fe-Ni, acciai marageing, acciaial Mn, Hadfield, acciai automatici, acciai al Si,per molle,valvole e lamierini di trasformatori, acciai per cuscinetti, acciai per impieghi ad alte temperature, superleghe, acciaiinossidabili martensitici, ferritici e austenitici. [8 ore]

Trattamenti superficiali: tempra superficiale, le atmosfere controllate, trattamenti di cementazione e di nitrurazione. [3 ore]

Ghise: ghise grigie, inoculazione,ghise bianche e per malleabilizzazione, ghise

sfe-roidali. [2 ore] I

Leghedi alluminio: classificazi onedelleleghe,processidi invecchiamento,legheda trattamentotermico, leghedagetto; cennisulle leghe del Mg. [2 ore]

Leghedi rame: rame per impieghi elettrici,ottoni,bronzi;cenni sulle leghe del Ti.[2 ore]

ESERCITAZIONI Provaditrazione.

Provadidurezza.

Provadi resilienza.

Valutazionetemprabilitàacciai.

Metodologie metallografiche.

BIBLIOGRAFIA

Tesl~diriferimento:

A. Burdese, Metallurgiaetecnologiadeimaterialimetallici, UTET Torino.

Testiausiliari:

Qualsiasi testo dimetallurgiafisica.

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Tecnologia meccanica

Anno.periodo4: 1 Lezioni,esercitazioni,laboratori;6+2(oresettimanali) Docente;RosolinoIppolito

REQUISITI

11corsoè strettamente collegato coni corsi diDisegnotecnico industriale,Disegno di macchine+Tecnologiameccanica eTecnologiadei materialimetallici. Essenzialeè infatti la lettura deldisegnoelaconoscenza delleprincipali lavoraz ionimeccan iche con lerelativemacchineutensili. Einoltre richiestala conoscenzadialcuni degliargomenti trattati neicorsidiMeccanicaapplicata(trasmissione del moto,attrito di striscia mento e dirotolamento, ruote dentate, vibrazioni disistemi a più gradi di libertà)e diScienza delle costruzioni(teoria delle travi, cerchi di Mohr,teoriedi Tresca eVonMises).

PROGRA MMA

I. Processidifabbricazioneperfusione. [8ore]

Si illustrano gli elementi generali delle tecnolo giedi fonderia eidiversi metodi di for-matura,sia in forma transitoria che in forma permanente. Gli argomenti trattatisono la solidificazione dei metalli (ritiro,matero zza,dimensionamento del modello),le fusioni in forma transitoria (in terra,cold box, shell molding,microfusione),le fusioni in forma permanente (in conchiglia a gravità e sotto pressione,pressofusione, fusione

centri-fuga). .

2. Lavorazioni perdeformazione plastica. [16ore]

Dopo aver illustrato il comportamento dei materiali metallici in campo plastico ,si introducono i concetti elementari della teoria della plasticità,attraverso l'uso delle ipo-tesidiTrescae Von Mises. Si procede poia illustrare le varie tecnologiedi lavorazione dei metalli per deformazione plastica e per ciascuna di esse si forniscono formule semplificate per il calcol odellegrandezze princip aliin gioco:laminazione, estrusione, trafilatura,stampaggio,lavorazion idelle lamiere (piegatura, calandratur a,imbutitura , tranciatura).

3. Attrezzaturedibloccaggio. [8ore]

Vengono fom itele nozioni fondamentalirelativeallaprogettazionedelle attrezza ture di bloccaggioutilizzateper lalavorazione deiparticolari sulle diversemacchineutensili.

4. Aspetti economicidellelavorazionimeccaniche. [6ore]

Sono spiegatiicriteri seguiti per l'ottimizzazionedeidati tecnologicinellelavorazioni con asportazionedi truciolo eil metodoimpiegatoperla scelt atracicliin alternati va.

5. Macchineutensili acontrollonumerico. [26 ore]

Il contro llo numerico rappresenta oggi la tecnica fondamentale seguita per l'automazione dellemacchine utensili. Lelezioniforniscono un quadro generale di tale tecnologia, siacon riferimento agli aspetti hardwar e cheagli aspetti softwa re. Gene-ralità sulcontrollo numerico. Strutturae componentistica meccanica :comportamento dinamico della MIJ, guide, mandrini, servomotori elettrici ed idrauli ci, trasduttorì,>

dispositivi dicambio utensili. Unità digoverno ed interpolatore. Tipologiedelle mac-chine a CN:macchinedi tipostand alone,celledi lavorazione, linee flessibili(FMS).

6. Lasaldatura. [6ore]

Vienedato un breve cenno sulle diversemetodologie di saldatura e sui problemi con-nessi con l'uso di tale tecnica di assemblaggio. Saldatura autogena ossiacetilenica.

Saldatura autoge na ad arco: con elettrodo rivestito,TIG, MIG, MAG,ad arco

sorn-58 Corsidi laurea,Torino

merso . Saldatura autogen a elettrica per resisten za. Sald atura eterogenea: brasatura e saldo-brasatura . Difettologiadei giuntisaldati.

7. Processi chimico-fisicidilavorazione. [8ore]

L'ultima partedelcorso èdedicataad una breve carrellata sui processi non convenzio-nalidi lavoraz ione, alcuni dei quali pera ltro son o divenutidi largo impiegoin alcuni settor i dell 'industri ameccanicatradizionale mentre altriri man gon o confina tiinsettori specialistici. Più diffu sam entevengonoillustratil'elettroero sione (EDM)eil laser.

ESERCI T AZ ION I

Le esercitazioni vengono svil uppate per metàin aula e per met à in laborat or io. Le esercitazioni in aula sono dedicateai cicli di fabbricazionee allo svolg ime nto di ese r-cizi dicalco lo . Le eserc ita zioni di lab oratorio invece sonodedic ate alla programma-zionedell e macchine a CNe al rilievo di parametri tecnologicicon l'uso di sistemi'di acquisizionedati .

Le esercitazioni dilabor atorio vengo no sviluppate con l'aiutodi studenticoadiutori e sotto la guida di un ricer cat ore . Il progra m ma dettagliatodell eeser citazionièfornito ogni annoall'iniz io del corso in funzionedell e disponibilità dellabor atorio.

.Alterm inedi ciascuna esercitazion elo studenteètenuto ared igere una breve relazione scritta in buon italiano ecorredata da schizzie/o disegn i eseg uiti con cura. E racco-mandato l'usodi appositiprogrammidi WPe di CAD .

BIBLIOGRAFIA Teoriaed aspettigenerali:

F. Gius ti, M.Santochi,Tecnologia meccanica e studi di fabbricaz ione, Ed:Am bro -siana , Milano.

S.Kalpakjian,Manufacturing engineeringand technology,Add iso n-Wes ley , Macchine utensili:

A.Seccian i,G. Villani,Produzione metalmeccanica.Vol.2,Cappe lli, Bol ogn a.

ESAME

La prova fina le si articol a in due parti : unascritta ed una ora le. La prova scri ttaco m-pre ndeargomenti di teori a,esercizidi calco lo, losviluppo di un semplicecicl o di fab-bricazionee/o di un ciclodi lavorazione su macchinaaCN. Il raggiungim entodi una valutazione sufficientesu taleparteèessenziale al finedel superame nto dell'esame. La prova orale iniziacon la discussionede ll'elaboratoe prosegue con un colloquioche può tocc are argomenti dell 'interoprogrammadelcorso.

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Macchine 1

Anno:periodo4:I Lezioni, esercitazioni,laboratori:6+4(oresettimanali);++ lO(nell'intero periodo) Docente:AridreaEm~lioCata nia(collab.:Ezio Spess a) .

Ilcorso tratta essen zialmente la problematica dell e turbo rnacc hi ne e delle macchine volumetriche nonché,più in generale,dei sistemiene rge tici in cuiesse sono inserite, conpart icolareriferimento agli impiantimotoria vap ore,agli impiantia ciclocombi -nat o gas-vapore, ai compressori di gas e ai sistemi idra ulici per la produ zi one e tra-smissione dienergia.

Ilcorso parte sia daiprincipiditermodinamicaapplica ta,esaminatadal puntodi vis ta che più intere ss a nello stud io delle macch ine a fluido, sia daiconcetti fondame ntali della mecc anicadei tluid ie dellesueapplicazi onialle turboma cchine. Oltre ai mezz i

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che consentono le opportune scelte e calcolazioni richieste all'utilizzatore, il corso intende anche fornire le nozioni di base per la progettazione termofluidodinamica delle macchine e per approfondire settori più specialistici,quali,ad esempio, tenute a labi-rinto, valvole,modelli dinamici, regolazione, ecc.

REQUISITI. Fisica tecnica ,Meccanicadei fluidi,Meccanica applicata alle macchine.

PROGRAMMA

l. Fonti energetiche, principi di termodinamica-energeticae di fluidodinamica Classificazione delle principalifonti energetiche.-Fonti energetiche rinnovabili o menò;

impatto ambientale. Principio di conservazione dell'energia. Trasformazioni e cicli termodinamici. Principio di evoluzione dell'energia. Bilancio energetico ed exergetico.

Equazioni integrali del moto dei fluidi: leggi di conservazione della massa,della quan-titàdi moto, del momento della quantità di moto e dell'energia.

2. Introduzionealle turbomacchine

Generalità e classificazioni: turbomacchine assiali, radiali e miste. Applicazione alle turbomacchinedelle leggi fondamentali della termodinamica energetica e della fluido-dinamica. Analisi unidimensionale e triangoli delle velocità.

3. Ugelli e diffusori

Velocità delsuono e proprietà di ristagnoin una corre nte fluida. Analisi del flusso adiabatico ed isoentropico di una corrente unidimensionale stazionaria. Pressione critica e condizioni di criticità. Funzionamento di ugelli e diffusori in condizioni di progetto e "fuori progetto". Flusso reale di una corrente unidimensionale stazionaria.

Rendimento di ugelli e diffusori.

4. Schemi di impianti,cicli termodinamici,problemifondamentali negli impiantidi turbine a vapore e a ciclo combinato gas-vapore

Rendimenti e consumi specifici negli impianti motori termici. Ciclo di Rankine-Hirn e mezzi per aumentarne il rendimento. Scambiatori di calore a superficie e a miscela;

degasatori. Impianti a cicli sovrapposti. Ricupero e potenziamento di impianti.

Impianti a cogenerazione e a ciclo combinato gas-vapore. Accumulatori di vapore. Impianti geotermoelettrici e nucleotermoelettrici.

5. Turbomacchine motricie turbine a vapore

Perdite fluidodinamiche nelle turbomacchine. Rendimento interno di uno stadio di turbina e di una turbina multipla. Profili delle pale nelle ttirbomacchine. Valutazione dei parametri di flusso unidimensionale nelle turbomacchine. Analisi unidimensionale del flusso in uno stadio di turbina. Grado di reazione. Analisi pluridimensionale del flussoin uno stadio di turbina. Teoria dell'equilibrio radiale e svergolamento a vortice libero di una palettatura. Turbina assiale semplice ad azione ed a salti di velocità.

Turbina assiale a salti di pressione. Turbina assiale a reazione. Criteri di progetto ed ottimizzazione del rendimento nelle turbine assiali. Turbine navali. Organizzazione delle turbine a vapore multiple. Sollecitazioni delle palettature di turbine assiali. Cal-colo ed equilibramento della spinta assiale sul rotore di una turbina. Mezzi di tenuta nelle turbomacchine: tenute a labirinto. Calcolo dell'efflusso subcritico e critico da tenute a labirinto assiali. Organizzazione delle tenute a labirinto. Turbine radiali monostadio e multistadio. Turbine radiali birotative.

6. Funzionamento di una turbina incondizioni diverseda quelledi progetto

Analisidelle prestazioni "fuori progetto"di una palettatura di turbina. Postespansione.

Parametri adimensionati del flussoin una turbomacchina. Similitudinefluidodinamica.

60 Corsidi laurea,Torino

Rappresentazione del campodi prestazioni di una turbina e cono dei consumi. Calcolo approssimato delleprestazionidi una turbina "fuoriprogetto". Caratteristicameccanica diuna turbina. Coppia allo spunto e velocitàdi fuga.

7. Regolazionedelle turbine a vaporeecondensatori divapore

Criteri di utilizzazio nee regolazione degli impianti a vapore. Regolazione diuna tur-bina per laminaz ione, per parzializzazione, per sorpasso lato vapore e lato acqua.

Regolazionein ciclo combinato. Campo diregolazione di turbine a contropressione e ad estrazione. Criteridi proporzionamento delle valvole negli impiantia vapore. Pro-blemifunzionali nella regolazionedelle turbine a vapore .:

Condensatoridi vapore a superficie e a miscela. Dimensiona mentodei tubi escelta dei materialinei condensatori a superficie.-Condensatoriad aria. Condensatoritipo Heller.

8. Compressoridi gas

Classificazione, aspetti costruttivi e principi difunzio name ntoditurbocompressori di gase ventilatori. Calcolo delle prestazioni neiturbocompressori. Parametri adimensio-nati di funzionamentonei turbocompressori. Compress ione inter-refrigerata. Caratte-ristica manometrica di ventilatorieturbocompres soridigasradiali. Punto di funz iona-mento, pompaggio e stallodiunturbocompres sore. Criteri disceltadiun compressore:

fattore di carico. Dimensionamentodimassima di un turbocomp ressore centrifugo.

Turbocompressori assiali. Regolazionedeiturbocompre ssori.

Generalità sui compressori volumetrici. Compressorealtern ativo monostadio a sem-plice effetto. Scambi termici con lepareti,temperaturadi mandata, distrib uzione nei compressori alternativi . Compressori alternativipluristadio. Regolazionedei compres-sori alterna tivi monostadio. Compressorirotativi apalette. Compressori rotativiRoots.

Regolazione dei compressori rotativi.

9. Macchineidrauliche

Generalità, potenzae rendimentidelleturbine idrauliche. Param etri di similitudinee caratteristiche difunzionament o. Numero digiri specifico e cara tteristico. Turbine Pelton,Francis,ad elica eKaplan. Regolazionedelle turbineidrau liche.

Generalità, potenza erendim enti delle turbopompe. Parametri di similitudine e caratte-ristiche difunzionam ento. Turbopompe centrifughe,assialiemiste. Regolazione delle turbopompe. Problemidi avviamento ed installazione. Cavitazione.

Pompeemotorivolumetriciidraulici.

IO.Trasmissioniidrauliche

Principi difunzionam ent o delle trasmissioni idros tatiche ed idrodinamic he. Alcuni esempi di trasmissioniidrostatiche. Giunti idrodinamici:prestazioni e curvecaratteri -stiche. Campo di applicazionedei giuntiidrodinamici. Convertitori idrodinam icidi coppia: pre stazi oni e curve caratteristiche. Campo di applicazione deiconvertitori idrodinamici di coppia.

ESERCITAZIONI

Le esercitazioni inaulaconsistononello svolgimento di esercizie proble mi applicativi dei concettisviluppatialezione edhanno loscopo sia di fornir e gliordini di grandezza deivari parametr i, siadi migliorare il grado di approfondiment o. Arg omen ti delle esercitazioni:

Proprie tà termodinamiche dei fluidi, tras for mazioni dei gas perfetti e diagramm i termodinamici. Applicazionidelprimo e delsecondo principiodellaterm odinamica.

Ugelli e diffusori. Impianti a vapore. Accumu latori di vapore. Turbine a vapore assiali. Turbinea vapore radiali. Calcolo dell'efflusso subcritico e critico datenu te a labirinto. Funzion amento "fuori progett o" delle turbine. Re golazione impianti a vapore. Conde nsa tori. Turbocompressori centrif ughi. Turbocompressori assiali.

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Regolazionedei turbocompressori. Compressorivolumetrici a stantuffo e loro regola-zione. Compressori volumetrici rotativi a palettee Roots e loro regolazione. Turbine idrauliche Pelton,Francis e Kaplan . Turbopompe. Cavitazione nelle macchine idrauli -che. Trasmissioniidrostatiche. Giuntiidrodinamici. Convertitoriidraulici di coppia.

LABORATORIO

Viaggio istruzione. Èprevista la visitaallostabilimento AnsaldodiLegnano (MI);tale visitapermetteall'allievodi prenderevisionedirettadegliimpiantidi macchine a fluido, dei componenti, nonchédei procedimenti costruttividiquesti ultimi .

Laboratorio di macchine . Analisi di alcune macchine a fluido e strumentazio nepre -sentinel laboratorio. Rilievo caratteristicadi una pompa- turbina Kaplan. Acquisizione automatica dati sperimentaliad altafrequenz a.

BIBLIOGRAFIA

A.E.Catania,Complementidi Macchine,Levrotto& Bella,Torino, 1979.

A.E.Catania, Turbocompresso ri,(ACSV,Appunti dai Corsi Semina riali diVerce lli), ed. CGVCU(Comitatoper la GestioneinVercellideiCorsiUniversitari), 1990.

A.E. Catania,Compressorivolumetrici,(ACSV),CGVCU,1991.

A.E. Catania,Turbine idrauliche ,(ACSV),CGVCU,1992.

A.Mittica,Turbomacchineidrauliche operatrici,(ACSV), CGVCU, 1994.

ESAME

L'esame consisteinunaprova scrittae inunaprova orale.

Prova scritta: sisvolge intreore emezza. Consiste nello svolgimento di tre esercizi numerici suimpianti o componenti di macchine a fluido relativi ad argo menti svolti durante il corso. L'esame incomincia quando il candidato consegna l'elaborato al termine della prova scritta.

Provaorale:consistein unapossibil ediscussione della prova scrittaenel rispondere a domante su due-tre argomenti di teoriatrattati alezione. Ilvoto di esame è determinato in base al risultatodelle dueprove sostenute.

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Macchine

Anno:periodo4:l Le zioni,esercitazioni,laboratori:6+4(oresettimanali);++ lO(nell'intero periodo) Docente:Andrea Emilio Catania(collab.:Claudio Dongiovanni, Ezio Spessa)

Il corso mira a fornire ifondamenti delle macchine a fluido, analizz ando gli aspetti costruttivi,iprincipi di funzionamentoe le prestazion ial di fuoridellecondizioni di progetto delle singole macchine,oltre ai cicli term odinamici degli impianti incuiesse sonoinserite. Applicandosistematicamenteai varisistemienergeticiedailoro compo-nenti iprincipi dell a term odinamica e dell a meccanica dei fluidi , ilcorso present a quegliaspetti formativi necessari sia"perconsentire la scelta diunamacchinaa fluido e diuna soluzioneimpiantistica inrelazioneallarispettiva utilizzazione, sia per affrontare alcuni aspettiprogettativiintegrando lenozioni acquisitecon ulteriori approfo ndimenti in settori piùspecifici.

REQ UISITI. Fisicatecnica,Meccanicadei fluidi,Meccanicaapplicataallemacchine.

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PROGRAMMA

Corsi di laurea, Torino

l. Principi di termodinamica e fluidodinamica applicate

Principio di conservazione dell'energia. Principio di evoluzione dell'energia. Trasfor-.mazioni e cicli termodinamici.

Equazioni integrali del moto dei fluidi. Applicazione alle turbomacchine. Triangoli delle velocità. I

2. Ugelli e diffusori

Velocità del suono e proprietà di ristagno in una corrente fluida. Flusso adiabatico ed isoentropico di una corrente unidimensionale stazionaria. Pressione critica e condizioni di criticità. Funzionamento di ugelli e diffusori in condizioni di progetto e "fuori

Velocità del suono e proprietà di ristagno in una corrente fluida. Flusso adiabatico ed isoentropico di una corrente unidimensionale stazionaria. Pressione critica e condizioni di criticità. Funzionamento di ugelli e diffusori in condizioni di progetto e "fuori

Nel documento Ingegneria meccanica (pagine 54-63)