COMPLEMENTI DI IDRAULICA
Anno accademico 2020/2021 - 1° anno - Curriculum Ingegneria delle acqueCrediti: 9
SSD: ICAR/01 - IDRAULICA
Organizzazione didattica: 225 ore d'impegno totale, 138 di studio individuale, 42 di lezione frontale, 45 di esercitazione
Semestre: 2°
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
Argomenti | Riferimenti testi | |
---|---|---|
1 | INTRODUZIONE | Testo 2 |
2 | MOTO UNIFORME IN CORRENTI IN PRESSIONE E A SUPERFICIE LIBERA | Testo 1 |
3 | VERIFICA DI RETI DI CONDOTTE IN PRESSIONE | Testo 2, Testo 3 |
4 | PROGETTO DI RETI DI CONDOTTE IN PRESSIONE | Testo 2, Testo 3 |
5 | CORRENTI A SUPERFICIE LIBERA IN MOTO PERMANENTE | Testo 1, Testo 2, Testo 3 |
6 | CORRENTI IN PRESSIONE IN MOTO VARIO | Testo 2, Testo 3 |
7 | CORRENTI A SUPERFICIE LIBERA IN MOTO VARIO | Testo 1, Testo 2 |
8 | MOTO DELLE ACQUE SOTTERRANEE | Testo 2, Testo 3 |
9 | TRASPORTO 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.