Meccanica dei fluidi emodinamica - 2012. 2. 23.¢  copertura (interazione fluidodinamica) di gran lasco

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  • Pigazzini Riccardo IVE Meccanica dei fluidi

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    Meccanica dei fluidi

  • Pigazzini Riccardo IVE Meccanica dei fluidi

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    ____________________________________________________________________________________ In copertina (da sinistra a destra): Linee di flusso e carchi di pressione sulla velatura di 2 imbarcazioni classe IACC in posizione di copertura (interazione fluidodinamica) di gran lasco sotto spinnaker (twa=135°, bs=10kn), scie di vapore provenienti dalla zona più esterna delle pale di un’elica marina in regime parzialmente cavitante (tip cavitation), profilo cavitante con formazione di una nuvola di vapore nella zona di bassa pressione in un tunnel di cavitazione (v = 15m/s), carichi di pressione su di un bulbo di un imbarcazione IACC dotato di winglets posteriori, “corona” formata dall’impatto di una goccia con il pelo libero dell’acqua, vortice forzato in un recipiente cilindrico trasparente.

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    Indice:

    Meccanica dei fluidi: Prefazione ................................................................................................................... 6 Motivazione ................................................................................................................ 6 1.0 Introduzione ......................................................................................................... 7

    1.1 I fluidi................................................................................................................ 7 1.2 La meccanica dei fluidi ................................................................................... 10 1.3 Modelli e approssimazione ............................................................................. 10

    2.0 Fluidostatica ....................................................................................................... 11 2.1 Equazione fondamentale della statica dei fluidi ............................................ 11 2.2 Legge di Stevino.............................................................................................. 11 2.3 Principio di Archimede .................................................................................. 12 2.4 Principio di Pascal .......................................................................................... 12

    3.0 Fluidodinamica ................................................................................................... 14 3.1 L’equazione di continuità ............................................................................... 14 3.2 Il teorema di Bernoulli ................................................................................... 14

    3.2.1 Dimostrazione .......................................................................................... 15 3.3.1 Tubo di Venturi ....................................................................................... 16 3.3.2 Tubo di Pitot ............................................................................................ 17 3.3.3 Effetto suolo ............................................................................................. 18 3.3.4 Portanza ................................................................................................... 18 3.3.5 Resistenza aerodinamica.......................................................................... 19

    3.3.5.1 La resistenza di forma....................................................................... 19 3.3.5.2 La resistenza d’attrito ....................................................................... 19 3.3.5.3 La resistenza indotta ......................................................................... 19 3.3.5.4 Il rapporto portanza-resistenza ........................................................ 20

    3.3.6 L’effetto Magnus...................................................................................... 20 3.4 Lo strato limite................................................................................................ 21 3.5 Il numero di Reynolds .................................................................................... 23 3.6 La cavitazione ................................................................................................. 25 3.7 Onde gravitazionali di superficie ................................................................... 27

    4.0 Applicazioni allo sport della vela ....................................................................... 30 4.1 Introduzione.................................................................................................... 30 4.2 Nomenclatura della barca a vela.................................................................... 31

    4.2.1 Scafo e appendici...................................................................................... 31 4.2.2 L’armo...................................................................................................... 32 4.2.3 La velatura ............................................................................................... 32

    4.3 Le andature..................................................................................................... 33 4.4 Aerodinamica della vela ................................................................................. 34

    4.4.1 La forma della vela .................................................................................. 34 4.4.2 La vela e la sua forza propulsiva ............................................................. 36 4.4.3 Forza e geometria della vela di bolina..................................................... 37

    4.4.3.1 Forze aerodinamiche e idrodinamiche ............................................. 37 4.5 L’ idrodinamica dello scafo .............................................................................. 42

    4.5.1 Flusso dell’ acqua intorno allo scafo e alle sue appendici....................... 42 4.5.2 Resistenza e portanza dello scafo e le sue appendici............................... 43

    4.5.2.2 Resistenza dell’onda............................................................................ 44 4.5.2.2.1 Velocità critica e planata .............................................................. 45

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    4.5.2.3 I Profili idrodinamici .......................................................................... 47 4.5.2.4 Aliscafi a vela..................................................................................... 50

    4.6 Glossario ......................................................................................................... 54 5.0 Altre importanti applicazioni nel campo navale ............................................... 56

    5.1 L’ elica marina................................................................................................ 56 5.1.1 Dinamica dell’ elica.................................................................................. 56 5.1.2 Il passo...................................................................................................... 57 5.1.3 Coppia, spinta e potenza di un’elica........................................................ 59

    5.1.3.1 Progettazione inversa di un’elica...................................................... 59 6.0 La fluidodinamica computazionale.................................................................... 61 7.0 Instabilità fluidodinamiche ................................................................................ 62

    7.1 Instabilità di Kelvin-Helmotz ......................................................................... 62 7.1.1 Il numero di Richardson ................................................................... 63

    7.2 Vortici di Von Karman ............................................................................. 63 7.2.1 Fenomeni legati ai vortici di Von Karman ....................................... 64 7.2.2 Il Lock-in ........................................................................................... 64 7.2.3 Il Flutter ............................................................................................ 64

    7.3 Instabilità di Rayleigh-Taylor .................................................................. 65 7.3.1 Il numero di Rayleigh ....................................................................... 65

    8.0 Esperienze condotte in laboratorio .................................................................... 65 8.1 L’ esperienza della cavitazione....................................................................... 65 8.2 Preparazione ................................................................................................... 66 8.3 Risultati ottenuti ............................................................................................. 68

    9.0 Bibliografia ......................................................................................................... 69 10.0 Conclusioni ....................................................................................................... 69 11.0 Ringraziamenti ................................................................................................. 70 L’Emodinamica.......................................................................................................... 71 1.0 Introduzione ................................................................................................... 71

    1.1 Il sangue ........................................................................................