Obiettivi formativi
Conoscenze e capacità di comprendere:
Alla fine del percorso dell’insegnamento lo studente dovrà conoscere i principali aspetti teorici e applicativi per la progettazione e la verifica di impianti industriali, di opere fluviali e di opere marittime.
Competenze:
Lo studente dovrà essere in grado di descrivere il processo fisico con l’uso dell’analisi matematica; di individuare i parametri del processo separandoli dalle variabili; di risolvere i casi applicativi, eseguendo le verifiche a vantaggio di sicurezza.
Autonomia di giudizio:
Lo studente dovrà possedere gli strumenti per valutare in maniera critica l’applicabilità dei modelli acquisiti o la necessità di ricorrere a modelli più avanzati e dettagliati.
Capacità comunicative:
Lo studente dovrà possedere l’abilità di presentare in maniera chiara i risultati dell’analisi, sia oralmente che in forma scritta, anche mediante l’utilizzo di tabelle e grafici.
Prerequisiti
Conoscenze di Analisi matematica, Geometria, Meccanica Razionale, Fisica.
Contenuti dell'insegnamento
Il corso fornisce allo studente avanzati di Idraulica e di Meccanica dei Fluidi. L’allievo viene messo in grado di risolvere alcuni problemi tecnici di Idraulica Ambientale e di Idraulica Marittima. Si prevede il ricorso a esercitazioni allo scopo di dimostrare concretamente alcuni aspetti degli argomenti trattati.
Programma esteso
Prima parte
•Lezione 1: Foronomia, luci sotto battente, stramazzi. Luce sotto battente con tubo
addizionale esterno e interno. Efflusso sotto una paratoia.
•Lezione 2: Luci a stramazzo. Stramazzo Bazin, Thomson, Hegly, Cipolletti, triangolare.
Processi di moto vario.
•Lezione 3: Reazione di efflusso. Problemi pratici relativi alle lunghe condotte. Condotta a
diametro costante con erogazione lungo il percorso.
•Lezione 4: Verifica del funzionamento dei sistemi di condotte. Metodo di Cross con il
bilanciamento delle portate e con il bilanciamento dei carichi.
•Esercitazione No 1: calcolo di una rete con il metodo di Cross.
•Lezione 5: Dimensionamento economico delle condotte. Costo di una condotta. Costi di
esercizio. Sistemi di condotte a gravità. Impianti di sollevamento. Condotte forzate. Possibili
tracciati altimetrici.
•Lezione 6: Le equazioni del moto vario. Le oscillazioni di massa.
•Lezione 7: Pozzo piezometrico senza strozzatura e con strozzatura ottimale. Oscillazione in
un tubo ad U.
•Esercitazione No 2: sifone, condotta a diametro variabile e portata costante, condotta a
diametro costante e distribuzione lungo il percorso.
•Lezione 8: La celerità delle perturbazioni elastiche. Le equazioni semplificate del colpo
d’ariete.
•Lezione 9: Le condizioni al contorno negli impianti idroelettrici e di sollevamento.
Equazioni concatenate di Allievi.
•Lezione 10: Equazioni complete del colpo d'ariete.
•Lezione 11: Metodo delle caratteristiche per lo studio del colpo d'ariete. Metodo grafico per
lo studio del colpo d'ariete.
•Esercitazione No 3: equazioni concatenate di Allievi e metodo delle caratteristiche.
•Lezione 12: Applicazione agli impianti di sollevamento. Cassa d'aria.
•Lezione 13: Richiami delle caratteristiche idrauliche delle correnti a pelo libero. I profili di
rigurgito.
•Esercitazione No 4: le casse d’aria.
•Lezione 14: Tracciamento dei profili di rigurgito per gli alvei naturali.
•Lezione 15: Stramazzo laterale. Canale di gronda. Trasporto solido: concetti generali.
•Lezione 16: Trasporto solido al fondo e in sospensione. Morfologia delle forme di fondo.
•Lezione 17: Resistenza in alvei a fondo mobile. Erosione di una pila di ponte in alveo.
•Esercitazione No 5: tracciamento di profili di rigurgito. Trasporto solido.
Seconda parte: Idraulica Marittima
•Lezione 18: Campi vettoriali: Definizione di operatore divergenza e rotore. Campo
vettoriale generico: la decomposizione di Helmoltz. Potenziale scalare. Potenziale vettore.
Campo irrotazionale e solenoidale. Campo a rotore e divergenza non nulli. Ulteriore
classificazioni dei campi.
•Lezione 20: Onde di gravità: Le onde lineari. Onde di piccola ampiezza. Onde di forma
costante. Soluzione del problema differenziale. Celerità di propagazione, profilo del pelo
libero e potenziale di velocità. Discussione dei risultati.
•Lezione 21: Il campo di velocità. Traiettorie delle particelle. La pressione. Celerità di
gruppo e sovrapposizione di onde infinitesime. Onde infinitesime in due dimensioni. Onde
lineari in acque profonde.
•Lezione 22: Onde lineari in acque intermedie. Onde lineari in acque basse. Le medie
temporali delle onde lineari unidirezionali. La portata massica. Il flusso di quantità di moto
totale - radiation stress -Energia delle onde. Propagazione dell'energia. Onde di ampiezza
finita.
•Lezione 23: Onde di Stokes. Approssimazione al secondo ordine. Il campo di pressione. La
portata volumetrica e il significato di K. Velocità e traiettorie delle particelle. Onde di Stokes
al terzo ordine
•Lezione 24: Le onde lunghe. Le equazioni di Boussinesq. L'ordine di approssimazione più
piccolo. Il caso in cui risulti << µ2.
•Lezione 25: Il caso in cui risulti >> µ2. Il caso in cui risulti =O(µ2). Le onde cnoidali. La
velocità orizzontale nelle onde cnoidali. La distribuzione di pressione. Portata media,
radiation stress e flusso di energia. Onde infinitamente lunghe: l'onda solitaria.
•Lezione 26: Onde su fondo non orizzontale, diffrazione e frangimento. Shoaling. Rifrazione.
Rifrazione nel caso di isobate parallele.
•Lezione 27: Espressione del potenziale complesso. Diffrazione delle onde di gravità.
Diffrazione di una diga a parete verticale di lunghezza semi-infinita con onda incidente
ortogonalmente.
•Lezione 28: Diffrazione dovuta ad un ostacolo di dimensione finita. Agitazione interna dei
bacini
•Lezione 29: La riflessione parziale. Il modello per lo studio dell'agitazione interna dei
bacini.
•Lezione 30: Le sesse nei bacini. Onde frangenti. Frangenti di tipo spilling. Frangenti di tipo
plunging. Frangenti di tipo surging. Il calcolo dell'altezza d'onda al frangimento
Bibliografia
• Citrini, D. e Noseda, G., 1982. Idraulica. Casa Ed. Ambrosiana, Milano, pp x +468.
• Marchi, E. e Rubatta, A., 1981. Meccanica dei fluidi, UTET, Torino, pp xvi+800, ISBN 88 02 03659 4
• Longo, S., 2011. Appunti di Idraulica Marittima,Parte I: La teoria delle onde. ISBN 978-88-64450-18-6, III+146 pp.
• Longo, S. e Tanda, M.G., 2009. Esercizi di Idraulica e di Meccanica dei Fluidi. Springer & Verlag Italia, Collana
UNITEXT Ingegneria, ISBN 978-88-470-1347-6, V+386 pp.
• Alfonsi, G. e Orsi, E., 1984. Problemi di Idraulica e Meccanica dei fluidi. Casa Ed. Ambrosiana, Milano, pp 507,
ISBN 88 408 0735 7
• Ghetti, A., 1996. Idraulica. Edizioni Libreria Cortina, Padova, pp xi+566, ISBN 88 7784 052 8
• Longo, S., Appunti sul colpo d’ariete.
Metodi didattici
La parte teorica del corso verrà illustrata mediante lezioni frontali avvalendosi di un PC tablet connesso a videoproiettore, utilizzato come lavagna elettronica. Le lezioni frontali saranno integrate da video educational. Una parte del corso è riservata alle esercitazioni analitiche e numeriche.
Modalità verifica apprendimento
La verifica dell’apprendimento consiste in una prova scritta e in una prova orale. Il superamento della prova scritta è requisito essenziale per sostenere la prova orale. La verifica è così pesata: 50% prova scritta e 50% prova orale.
Altre informazioni
E’ vivamente consigliata la frequenza del corso
