MODULO DI TECNICHE SPERIMENTALI PER LE MACCHINE E I SISTEMI ENERGETICI

MODULO DI TECNICHE SPERIMENTALI PER LE MACCHINE E I SISTEMI ENERGETICI

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iten
Codice
60459
ANNO ACCADEMICO
2020/2021
CFU
6 cfu al 2° anno di 9270 INGEGNERIA MECCANICA - ENERGIA E AERONAUTICA (LM-33) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
ING-IND/08
LINGUA
Italiano
SEDE
GENOVA (INGEGNERIA MECCANICA - ENERGIA E AERONAUTICA)
periodo
1° Semestre
materiale didattico

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

L'insegnamento si propone di fornire agli studenti conoscenze sui principali componenti di una catena di misura, sulle tecniche di acquisizione ed elaborazione dati, sul trattamento numerico dei segnali tempo-varianti.  Una parte dell'insegnamento è dedicata allo studio e all'uso di strumentazione e tecniche di misura di caratteristiche avanzate per la sperimentazione fluidodinamica nelle macchine (LDV, PIV, CTA). Un’ altra parte è dedicata alla trattazione teorica dei metodi di analisi ed elaborazione dati, coadiuvata dallo sviluppo di programmi per l’analisi dei dati in ambiente Matlab.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Lo studente alla fine del corso sarà in grado di:

- individuare il tipo di sonda per misure di campi di moto in fluidi complessi più opportuno, in base alle specifiche esigenze di prova, in termini di accuratezza, sensibilità, risoluzione spaziale, risposta in frequenza etc;

- utilizzare le tecniche di misura avanzate descritte nell’ambito del presente insegnamento, settando opportunamente i parametri di acquisizione e la gestione delle differenti sonde per l'acquisizione di flussi tridimensionali ed instazionari di interesse industriale;

- analizzare in modo critico flussi complessi;

- elaborare dati in tensione e ottenere curve di calibrazione di strumenti e sistemi complessi;

- effettuare un’analisi statistica di un insieme di dati e analizzare con strumenti avanzati (trasformata di Fourier, autocorrelazione e tecnica della media in fase) dati empirici provenienti da strumenti di misura con adeguata risposta in frequenza, o da sistemi industriali di cui si vuole studiare le proprietà statistiche e dinamiche.

 A tale scopo verranno fornite le conoscenze per lo sviluppo di programmi di post-processamento in ambiente Matlab, che lo studente dovrà dimostrare di saper applicare e sviluppare ulteriormente.

Modalità didattiche

L’insegnamento si svolge prevalentemente attraverso lezioni frontali mirate alla descrizione della teoria delle catene di misura, dei metodi di analisi e dei principi di funzionamento delle differenti tecniche di misura. E’ inoltre integrato da esercitazioni, svolte all’interno del Laboratorio di Aerodinamica e Turbomacchine,  mirate a fornire conoscenze per l’impiego pratico delle tecniche di misura avanzate descritte nell’ambito dell’insegnamento. Saranno inoltre svolte esercitazioni in laboratorio informatico per fornire allo studente le capacità di sviluppare programmi di analisi e post-processamento di dati in ambiente Matlab. E’ fortemente consigliata la frequenza perché gli argomenti trattati e discussi in aula, e le nozioni fornite durante le prove in laboratorio, possono essere assimilati più facilmente e sono gli unici richiesti per il superamento della prova finale.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Definizione catena di misura e relativi componenti. Introduzione alle caratteristiche fondamentali di trasduttori, filtri, amplificatori e condizionatori di segnale. Campionatori A/D. Teorema di Nyquist. Risposta in frequenza e taratura dinamica della catena. 

Trattamento statistico dei dati. Errore statistico legato al numero di campioni ed alla dispersione. Media rms e momenti statistici di ordine superiore. Funzione di densità di probabilità. 

Introduzione al principio di funzionamento di differenti tipo di sonde e loro applicazioni. 

Sonde pneumatiche (1,3 e 5 fori): prese di pressione statica, curva caratteristica trasduttore di pressione e calibrazione direzionale delle sonde;

Sonde di pressione ad elevata risposta in frequenza (FRAPP):  risposta in frequenza taratura dinamica;

Anemometria a filo caldo (HWA): legge di King e di Jorgensen. 

Laser Doppler Velocimeter (LDV): introduzione all'effetto Doppler. Particelle traccianti. 

Particle Image Velocimetry (PIV): cross correlazione e rapporto di magnificazione.

 

Trattamento dei dati mediante tecniche avanzate: media in fase, trasformata di Fourier, cross-correlazione ed autocorrelazione. Applicazione e sviluppo codici in ambiente Matlab per elaborazione di dati

TESTI/BIBLIOGRAFIA

VKI lecture series, Measurement Thecniques in Fluid Dynamics

DOCENTI E COMMISSIONI

Ricevimento: Ricevimento su appuntamento da concordarsi

LEZIONI

Modalità didattiche

L’insegnamento si svolge prevalentemente attraverso lezioni frontali mirate alla descrizione della teoria delle catene di misura, dei metodi di analisi e dei principi di funzionamento delle differenti tecniche di misura. E’ inoltre integrato da esercitazioni, svolte all’interno del Laboratorio di Aerodinamica e Turbomacchine,  mirate a fornire conoscenze per l’impiego pratico delle tecniche di misura avanzate descritte nell’ambito dell’insegnamento. Saranno inoltre svolte esercitazioni in laboratorio informatico per fornire allo studente le capacità di sviluppare programmi di analisi e post-processamento di dati in ambiente Matlab. E’ fortemente consigliata la frequenza perché gli argomenti trattati e discussi in aula, e le nozioni fornite durante le prove in laboratorio, possono essere assimilati più facilmente e sono gli unici richiesti per il superamento della prova finale.

ESAMI

Modalità d'esame

L’esame si svolgerà in due parti, da sostenere nella stessa giornata. Nella prima parte verrà presentata dallo studente un’esercitazione di elaborazione di dati, precedentemente acquisite dal gruppo di ricerca del docente, forniti allo studente nei giorni precedenti l’esame. Nella seconda parte verrà effettuata una verifica orale delle conoscenze dello studente sugli argomenti di base esposti all’interno dell’insegnamento. La data verrà concordata su appuntamento.

Modalità di accertamento

L’esame orale permetterà di verificare l’apprendimento dello studente dei principi di funzionamento che stanno alla base delle differenti tecniche di misura e delle differenti formulazioni matematiche per il trattamento statistico dei dati. L’esercitazione consentirà di verificare la capacità dello studente di sviluppare un programma in ambiente Matlab allo scopo di trattare, post-processare ed analizzare opportunamente un insieme di dati, raggiungendo l’obiettivo preposto in termini di analisi statistica e/o dinamica del sistema oggetto di studio.