Obiettivi formativi
Conoscenze e capacità di comprensione:
Durante il corso lo studente apprenderà le nozioni fondamentali della Meccanica dei fluidi e svilupperà la capacità di comprendere e analizzare criticamente la ragione fisica di fenomeni riguardanti fluidi in quiete o in moto in sistemi naturali o artificiali. Il metodo di indagine è quello della modellistica matematica.
Competenze:
Lo studente maturerà la capacità di applicare le nozioni di base dell'Idraulica a problematiche elementari tipiche dell'ingegneria civile e ambientale.
Autonomia di giudizio:
Lo studente acquisirà gli strumenti di base e svilupperà una capacità critica utili per analizzare ed affrontare in maniera autonoma problemi elementari di Idraulica.
Capacità comunicative:
Al termine del corso lo studente sarà in grado di esporre le conoscenze acquisite con adeguata padronanza e buona proprietà di linguaggio.
Capacità di apprendimento:
Al termine del corso lo studente avrà consolidato conoscenze e competenze di base nell'ambito della materia idraulica che gli consentiranno di approfondire successivamente le conoscenze teoriche e tecniche utili per la progettazione e la verifica di semplici opere di ingegneria idraulica.
Prerequisiti
E’ utile aver frequentato preliminarmente i corsi di Analisi matematica, Geometria, Fisica generale e Meccanica razionale.
Contenuti dell'insegnamento
Proprietà dei fluidi. Definizione di fluido. Il fluido come mezzo continuo. Densità, comprimibilità, tensione di vapore, viscosità e tensione superficiale. Stato di sforzo e tetraedro di Cauchy.
Statica dei fluidi. Distribuzione della pressione in un fluido in quiete e sue proprietà. Statica dei fluidi incomprimibili e comprimibili. Strumenti di misura della pressione. Calcolo della spinta idrostatica su superfici piane e curve. Galleggiamento e stabilità dell'equilibrio. Statica relativa.
Cinematica dei fluidi. Descrizione lagrangiana ed euleriana di un campo di moto. Derivata totale. Analisi cinematica del campo di moto. Descrizione del campo di moto mediante traiettorie, linee di corrente e linee di fumo. Teorema del trasporto di Reynolds.
Fondamenti della dinamica dei fluidi. Approccio globale o differenziale. Leggi fondamentali: equazione di conservazione della massa, equazioni di bilancio della quantità di moto e del momento della quantità di moto, equazione di bilancio dell’energia. Esempi applicativi: svuotamento di un serbatoio, calcolo di spinte dinamiche.
Dinamica dei fluidi ideali. Modello di fluido ideale. Equazione di Euler. Teorema di Bernoulli e sua interpretazione energetica. Esempi applicativi: tubo di Pitot. Foronomia: efflusso da luci a battente e a stramazzo. Potenza di una corrente. Correnti lineari. Estensione del teorema di Bernoulli alle correnti. Venturimetro.
Dinamica dei fluidi viscosi. Modello di fluido viscoso. Equazioni di Navier-Stokes. Soluzioni analitiche delle equazioni di Navier-Stokes: flusso tra lastre piane e parallele, moto di Couette, moto di Hagen-Poiseuille.
Correnti in pressione. Regime laminare e regime turbolento. Equazioni del moto. Perdite di carico continue e localizzate. Leggi di resistenza. Scambi di energia tra correnti fluide e macchine idrauliche: pompe e turbine. Sistemi di condotte. Progetto e verifica di impianti.
Correnti a superficie libera. Moto uniforme: equazione di Chèzy. Energia specifica. Stato critico. Correnti lente e correnti veloci. Equazioni del moto permanente. Profili della superficie libera in alveo prismatico. Risalto idraulico. Esempi applicativi di tracciamento di profili del pelo libero.
Durante il corso verranno svolte esercitazioni numeriche finalizzate a consolidare la padronanza dei principi fondamentali della materia e ad acquisire la capacità di quantificare le grandezze caratteristiche di un problema.
Programma esteso
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Bibliografia
Testi consigliati Mossa M., Petrillo A.F. (2013) Idraulica, CEA, Milano.
Citrini D., Noseda G. (1987). Idraulica, CEA, Milano. (Disponibile presso la Biblioteca di Ingegneria e Architettura – 4 copie di cui 3 ammesse al prestito)
Cengel Y.A., Cimbala J.M. (2007). Meccanica dei fluidi, McGraw-Hill, Milano. (Disponibile presso la Biblioteca di Ingegneria e Architettura – 2 copie di cui 1 ammessa al prestito)
Testi di approfondimento
Marchi E., Rubatta A. (1981). Meccanica dei fluidi, UTET, Torino. (Disponibile presso la Biblioteca di Ingegneria e Architettura – 2 copie di cui 1 ammessa al prestito)
White F.M. (1999). Fluid mechanics, McGraw-Hill, Singapore. (Disponibile presso la Biblioteca di Ingegneria e Architettura – 4 copie di cui 2 ammesse al prestito)
Ghetti A. (1980), Idraulica, Libreria internazionale Cortina, Padova. (Disponibile presso la Biblioteca di Ingegneria e Architettura – 3 copie di cui 2 ammesse al prestito)
Testi per esercitazioni
Alfonsi G., Orsi E. (1984). Problemi di Idraulica e Meccanica dei fluidi, CEA, Milano. (Disponibile presso la Biblioteca di Ingegneria e Architettura – 2 copie di cui 1 ammessa al prestito)
Longo S., Tanda M.G. (2009). Esercizi di Idraulica e di Meccanica dei fluidi, Springer, Milano. (Disponibile presso la Biblioteca di Ingegneria e Architettura – 2 copie di cui 1 ammessa al prestito)
Ulteriore materiale didattico
Diapositive proiettate durante le lezioni e materiale didattico (scaricabili dalla pagina web del corso sul portale "Web LEArning in Ateneo")
Metodi didattici
Il corso si articola principalmente in lezioni frontali alla lavagna (con l'ausilio eventuale della proiezione di diapositive) per la presentazione degli aspetti teorici e dei temi di approfondimento. Nel corso delle esercitazioni vengono affrontati numericamente problemi di interesse applicativo. Tipicamente è prevista una visita tecnica ad un'opera di ingegneria idraulica affinché lo studente maturi una consapevolezza diretta della valenza applicativa della materia.
Modalità verifica apprendimento
L'esame consiste di una verifica scritta seguita da una prova orale. Il superamento della prova scritta è condizione necessaria per l'accesso al colloquio. Le due prove devono essere sostenute nel medesimo appello d'esame.
Criteri di valutazione:
Verifica scritta 50% comprendente:
- Risoluzione di n.3 esercizi (conoscenza/competenza)
Verifica orale 50% comprendente:
- Domande teoriche (conoscenza)
- Applicazioni della teoria/esercizi (competenza/autonomia di giudizio)
- Proprietà di esposizione (capacità comunicativa)
Altre informazioni
E’ consigliata la frequenza.
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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