COMPLEMENTI DI IDRAULICA

Fornire conoscenze di modelli matematici dell’idraulica e sviluppare capacità di applicarli a casi schematici rappresentativi di problemi di moto dei fluidi nell’ingegneria delle acque, con comprensione delle ipotesi di base e delle approssimazioni di calcolo.

Lezioni frontali ed esercitazioni in aula.

E' richiesta la conoscenza degli argomenti fondamentali dell'idraulica.

La frequenza alle lezioni è fortemente consigliata in quanto coerente con il modello formativo proposto che mira a favorire l'apprendimento graduale, la partecipazione attiva dello studente in classe, il dialogo fra docenti e studenti.

1. INTRODUZIONE Obiettivi del corso -­ Osservazione diretta, modellazione -­ Modelli fisici, modelli analogici, modelli matematici -­ Analisi sperimentale, analisi teorica -­ Interpretazione numerica -­ Introduzione ai metodi numerici e alla programmazione.

2. MOTO UNIFORME IN CORRENTI IN PRESSIONE E A SUPERFICIE LIBERA Risoluzione dei problemi di verifica in condotte a sezione circolare – Profili di velocità in condotte a sezione circolare -­ Estensione delle leggi di resistenza a sezioni non circolari -­ Alvei con sezione composta – Alvei con pareti di scabrezza diversa – Valutazione della scabrezza negli alvei naturali.

3. VERIFICA DI RETI DI CONDOTTE IN PRESSIONE Generalità – Metodi basati sulle maglie -­ Metodo nodale -­ Analisi dell'elemento -­ Equazione della matrice elementare -­ Tubazioni, pompe, valvole -­ Assemblaggio della matrice globale -­ Imposizione delle condizioni al contorno -­ Soluzione del sistema di equazioni -­ Analisi lineare -­ Metodo di Newton -­ Coefficienti di rilassamento.

4. PROGETTO DI RETI DI CONDOTTE IN PRESSIONE Generalità -­ Dimensionamento di reti aperte o ad albero -­ Sistema lineare nei dislivelli -­ Equazioni di minimo costo -­ Progetto mediante programmazione lineare -­ Il metodo del simplesso -­ Dimensionamento di reti chiuse o a maglie -­ Progetto mediante programmazione non lineare -­ Metodo semplificato.

5. CORRENTI A SUPERFICIE LIBERA IN MOTO PERMANENTE Generalità -­ Equazione del moto -­ Schemi alle differenze finite espliciti e impliciti -­ Integrazione delle equazioni: alvei prismatici, alvei naturali, alvei a sezione composta -­ Il programma HEC-­RAS -­ Correnti con portata variabile: sfioratori, canali di gronda – Dispositivi di regolazione e controllo.

6. CORRENTI IN PRESSIONE IN MOTO VARIO Generalità -­ Oscillazioni di massa -­ Equazione del moto -­ Esempi applicativi -­ Schema di Runge-­Kutta per sistemi di equazioni differenziali -­ Moto vario elastico -­ Equazioni del moto -­ Metodo delle caratteristiche -­ Possibili schemi alle differenze finite -­ Condizioni al contorno – Limiti di validità.

7. CORRENTI A SUPERFICIE LIBERA IN MOTO VARIO Generalità -­ Equazioni del moto - Metodo delle caratteristiche -­ Schemi alle differenze finite espliciti e impliciti -­ Schemi espliciti di secondo ordine -­ Schema di Mac Cormack -­ Criterio di stabilità di Courant - Crollo di diga -­ Modelli bidimensionali -­ Semplificazioni possibili per le onde di piena -­ Modello cinematico -­ Modello parabolico -­ Equazione dei serbatoi -­ Laminazione di un’onda di piena.

8. MOTO DELLE ACQUE SOTTERRANEE Generalità -­ I fenomeni di filtrazione - Equazioni del moto -­ Il metodo delle differenze finite per i problemi di filtrazione -­ Moto permanente -­ Moto vario – Dispersione degli inquinanti negli acquiferi.

9. TRASPORTO SOLIDO Generalità – Profili di velocità -­ Condizioni critiche: inizio del trasporto solido – Abaco di Shields -­ Granulometria non uniforme – Influenza della pendenza – Correzione per basso grado di sommergenza -­ Formule per il trasporto di fondo – Cenni al trasporto in sospensione – Evoluzione degli alvei – Fenomeni localizzati

1. Montuori C., Complementi di idraulica, CUEN, Napoli.

2. Pezzinga G., Elementi di idraulica numerica, Dipartimento di Ingegneria Civile e Architettura, Università di Catania.

3. Citrini D., Noseda G., Idraulica, CEA, Milano.

4. Marchi E., Rubatta, A., Meccanica dei fluidi, UTET, Torino

Valutazione delle esercitazioni.

Prova orale.

Metodo di Cross.

Matrice di conduttività.

Dimensionamento di reti di condotte.

Sfioratore laterale.

Correnti in pressione in moto vario.

Correnti a superficie libera in moto vario.

Filtrazione.

Incipiente movimento.