COMPLEMENTI DI IDRAULICA

Anno accademico 2020/2021 - 1° anno - Curriculum Ingegneria delle acque
Docente: Giuseppe PEZZINGA
Crediti: 9
SSD: ICAR/01 - IDRAULICA
Organizzazione didattica: 225 ore d'impegno totale, 138 di studio individuale, 42 di lezione frontale, 45 di esercitazione
Semestre:

Obiettivi formativi

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.


Modalità di svolgimento dell'insegnamento

Lezioni frontali ed esercitazioni in aula.


Prerequisiti richiesti

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


Frequenza lezioni

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.


Contenuti del corso

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


Testi di riferimento


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



Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1INTRODUZIONETesto 2 
2MOTO UNIFORME IN CORRENTI IN PRESSIONE E A SUPERFICIE LIBERA Testo 1 
3VERIFICA DI RETI DI CONDOTTE IN PRESSIONETesto 2, Testo 3 
4PROGETTO DI RETI DI CONDOTTE IN PRESSIONETesto 2, Testo 3 
5CORRENTI A SUPERFICIE LIBERA IN MOTO PERMANENTETesto 1, Testo 2, Testo 3 
6CORRENTI IN PRESSIONE IN MOTO VARIO Testo 2, Testo 3 
7CORRENTI A SUPERFICIE LIBERA IN MOTO VARIOTesto 1, Testo 2 
8MOTO DELLE ACQUE SOTTERRANEETesto 2, Testo 3 
9TRASPORTO SOLIDO Testo 4 

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

Valutazione delle esercitazioni.

Prova orale.


Esempi di domande e/o esercizi frequenti

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.