Complementi di Idraulica è un insegnamento che mira a fornire conoscenze approfondite sul moto dei fluidi incomprimibili e sulla loro modellazione matematica. L’insegnamento mira anche a sviluppare le competenze necessarie per lo sviluppo di modelli numerici per la risoluzione dei modelli matematici di maggior utilizzo nelle applicazioni: il metodo delle caratteristiche e il metodo delle differenze finite.
L’insegnamento fa parte del corso di studio magistrale in “Ingegneria Civile Per la Protezione dai Rischi Naturali”, che si ripropone di formare un ingegnere civile ad elevata qualificazione professionale negli ambiti della protezione del territorio e delle opere civili dai rischi idrogeologici e sismici.
Nel quadro di questo percorso, l’insegnamento mira a definire i modelli concettuali a complessità crescente per la rappresentazione dei fenomeni idraulici, con particolare riferimento ai modelli di utilizzo corrente: modello monodimensionale e bidimensionale
Al termine del corso gli studenti:
1) possederanno una conoscenza approfondita della Meccanica dei Fluidi;
2) saranno in grado di impostare un modello adatto a simulare il fenomeno di interesse a partire dalle teorie illustrate durante il corso;
3) saranno in grado di risolvere numericamente il modello, utilizzando metodologie numeriche di base;
4) saranno in grado di interpretare criticamente i risultati ottenuti dal modello prescelto.
L’insegnamento fa parte del corso di studio magistrale in “Ingegneria Civile Per la Protezione dai Rischi Naturali”, che si ripropone di formare un ingegnere civile ad elevata qualificazione professionale negli ambiti della protezione del territorio e delle opere civili dai rischi idrogeologici e sismici.
Nel quadro di questo percorso, l’insegnamento mira a definire i modelli concettuali a complessità crescente per la rappresentazione dei fenomeni idraulici, con particolare riferimento ai modelli di utilizzo corrente: modello monodimensionale e bidimensionale
Al termine del corso gli studenti:
1) possederanno una conoscenza approfondita della Meccanica dei Fluidi;
2) saranno in grado di impostare un modello adatto a simulare il fenomeno di interesse a partire dalle teorie illustrate durante il corso;
3) saranno in grado di risolvere numericamente il modello, utilizzando metodologie numeriche di base;
4) saranno in grado di interpretare criticamente i risultati ottenuti dal modello prescelto.
scheda docente materiale didattico
1.1 Il campo di velocità nell’intorno di un punto: studio della deformazione nei fluidi
1.2 Vorticità: teoremi di Helmholtz e Lord Kelvin
1.3 Decomposizione del campo di velocità
2. Dinamica
2.1 Equazione di bilancio della massa
2.2 Forze di corpo e di contatto
2.3 Forze di contatto: dipendenza dello sforzo dalla giacitura
2.4 Equazione di bilancio della quantità di moto
2.5 Equazione di bilancio del momento della quantità di moto
2.6 Equazione di bilancio dell’energia
2.7 Relazioni costitutive e loro applicazione alle equazioni di bilancio della quantità di moto e dell’energia
2.8 Equazione evolutiva della vorticità
3. Forma adimensionale delle equazioni del moto
3.1 Forma adimensionale dell’equazione di bilancio della massa
3.2 Forma adimensionale dell’equazione di bilancio della quantità di moto
3.3 Forma adimensionale dell’equazione di bilancio dell’energia
4. Moti con bassi numeri di Reynolds (Re1)
6.1 Regimi di moto: transizione alla turbolenza per instabilità idrodinamica
6.2 Turbolenza nei fluidi incomprimibili: Reynolds Average Navier Stokes Equations
6.3 Turbolenza nei fluidi incomprimibili: Bilancio di energia cinetica media e turbolenta
6.4 Turbolenza nei fluidi incomprimibili: Spettro dell’energia cinetica turbolenta, legge di Kolmogorov
6.5 Turbolenza nei fluidi incomprimibili: Moto turbolento uniforme, profilo logaritmico di velocità e strato limite turbolento
7. Fluidi ideali
7.1 Equazioni del moto.
7.2 Moto attorno al cilindro
7.3 Moto attorno al semicorpo
7.4 Onde di gravità
8. Modello idraulico monodimensionale
9. Moto non stazionario nei tubi: il metodo delle caratteristiche e sue applicazioni
10. Moto non stazionario nelle correnti a superficie libera
11. Equazioni di Shallow Water
Programma
1. Cinematica1.1 Il campo di velocità nell’intorno di un punto: studio della deformazione nei fluidi
1.2 Vorticità: teoremi di Helmholtz e Lord Kelvin
1.3 Decomposizione del campo di velocità
2. Dinamica
2.1 Equazione di bilancio della massa
2.2 Forze di corpo e di contatto
2.3 Forze di contatto: dipendenza dello sforzo dalla giacitura
2.4 Equazione di bilancio della quantità di moto
2.5 Equazione di bilancio del momento della quantità di moto
2.6 Equazione di bilancio dell’energia
2.7 Relazioni costitutive e loro applicazione alle equazioni di bilancio della quantità di moto e dell’energia
2.8 Equazione evolutiva della vorticità
3. Forma adimensionale delle equazioni del moto
3.1 Forma adimensionale dell’equazione di bilancio della massa
3.2 Forma adimensionale dell’equazione di bilancio della quantità di moto
3.3 Forma adimensionale dell’equazione di bilancio dell’energia
4. Moti con bassi numeri di Reynolds (Re1)
6.1 Regimi di moto: transizione alla turbolenza per instabilità idrodinamica
6.2 Turbolenza nei fluidi incomprimibili: Reynolds Average Navier Stokes Equations
6.3 Turbolenza nei fluidi incomprimibili: Bilancio di energia cinetica media e turbolenta
6.4 Turbolenza nei fluidi incomprimibili: Spettro dell’energia cinetica turbolenta, legge di Kolmogorov
6.5 Turbolenza nei fluidi incomprimibili: Moto turbolento uniforme, profilo logaritmico di velocità e strato limite turbolento
7. Fluidi ideali
7.1 Equazioni del moto.
7.2 Moto attorno al cilindro
7.3 Moto attorno al semicorpo
7.4 Onde di gravità
8. Modello idraulico monodimensionale
9. Moto non stazionario nei tubi: il metodo delle caratteristiche e sue applicazioni
10. Moto non stazionario nelle correnti a superficie libera
11. Equazioni di Shallow Water
Prerequisiti
Conoscenza delle nozioni fondamentali di Algebra, Geometria, Analisi Matematica, Calcolo vettoriale, IdraulicaTesti Adottati
Dispense cura del docenteModalità Frequenza
Fortemente consigliataModalità Valutazione
Esistono due modalità a scelta dello studente: a) 3 esercitazioni svolte e corrette durante il corso e 1 conclusiva. Prova orale volta ad illustrare 2 esercitazioni a scelta dello studente tra le prime 3 e la esercitazione conclusiva e quesito conclusivo scelto dal docente. b) Prova orale volta ad illustrare 3 argomenti proposti dal docente.